This experimental study was performed to find rpms of the impeller and the surface flow accelerator to make a uniform velocity vertical distribution in the circular water channel. PIV technique was employed to measure the water velocity profiles into the water depth from the free surface. The number of instantaneous velocity profiles was decomposed into mean and turbulence velocity components, and the distribution of velocity fluctuation and turbulence intensity were computed for each experimental condition. From these results, the velocity uniformity was quantitatively determined to present the flow quality in the measuring section of the circular water channel. It has been shown that the proper operation of the surface flow accelerator would make the uniform velocity profiles and reduce the velocity fluctuation near the free surface.
In this study, we propose a method for characterizing fluid-mechanical properties of a fluid surface, such as surface dilatational and shear viscosity, by matching the flow visualization and the numerical simulation for a Stokes flow in a three-dimensional cavity. The surface flow is driven by shear stress exerted on the free surface by an external gas flow. The external gas flow is simulated by using a commercial code, while the Stokes flow is calculated by an in-house code. We have found that the surface flow is very sensitive to the surface tension and other properties. The qualitative feature of the surface flow can be reproduced by the parameter tuning.
VOF method is known as one of the most effective numerical techniques handling two-fluid domains of different density simultaneously. Present study deals with the numerical analysis of flow field around bodies steadily moving near free-surface using FLUENT-VOF method. Validations were made by applying to three typical examples ; 2-D submerged hydrofoil, 3-D surface piercing body and container ship. It was found that the commercial software, FLUENT, is useful in practical use, and VOF method is capable of handling free-surface around moving bodies although discussions are limited to the analysis in qualitative sense.
The free surface effects on the aerodynamic performance of 2-D wings are investigated based on the potential flow approximation. The wing is represented b source and vortex distributions on the wing surface. The steady free surface effect is taken into account by source distribution on the free surface and the velocity potentials of air and water flows are obtained. Using three different techniques, namely, positive image method, inverse image method and source distribution method, numerical results are obtained for wave elevation, pressure distribution and lift coefficient with various foil sections. The wave elevation calculated by the inverse image method is shown to be very small even at higher speeds so that the free surface effect on the performance of wings is regraded negligible. However, the wave elevations by the positive image method and source distribution method are relatively high at higher speeds and accordingly the free surface effects on wings can not be neglected.
The aerodynamic effects of a 3-dimensional Wing in Ground Effect (WIG) which moves above the free surface has been numerically investigated via finite difference techniques. The air flow field around a WIG is analyzed by a Marker & Cell (MAC) based method, and the interactions between WIG and the free surface are studied by the pressure distributions on the free surface. Waves are generated by the surface pressure distribution, and a Navier-Stokes solver has been employed, to include the nonlinearities in the free surface conditions. The pressure values Cp and lift/drag ratio are reviewed by changing the height/chord ratio. In the present computations a NACA0012 airfoil with a span/chord ratio of 3.0 are treated. Through computational results, it is confirmed that the free surface can be treated as a rigid wavy wall.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.10
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pp.1392-1399
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2001
The flow fields inside a molten Zn pot of continuous hot-chip galvanizing process were investigated experimentally. With varying several parameters including the strip speed Vs, flow rate Q of induction heater. scrapper location and baffle configuration, instantaneous velocity fields were measured using a PIV velocity field measurement technique. Inside the strip region, counter-clockwise rotating flow is dominant. The general flow pattern inside the strip region is nearly not influenced by the strip speed Vs, flow rate Q and the scrapper location. In the exit region, the flow separated from the moving strip due to the existence of a stabilizing roll ascends to the free surface, for the cases of no scrapper and scrapper detached form the roll. On the other hand, the ascending flow to the free surface is decreased, as the flow rate Q of induction heater increases. By installing a baffle around the uprising strip, the flow moving up to the stabilizing roll decreases. In addition, B-type baffle is better than A-type baffle in reducing speed of flow around the stabilizing rolls. However, the flow ascended to the free surface is largely influenced by changing the flow rate Q, and the scrapper location, irrespective of the baffle type.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.2
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pp.8-19
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1998
Nonlinear flow characteristics of a hydrofoil running under the free surface are investigated based on potential flow theory using singularity distribution techniques. Following Hess & Smith's method[12], sources and vortices are distributed on the surface of the foil and Rankine sources are distributed at a distance above the undisturbed free surface to solve the nonlinear free surface waves(so called Raised Panel Method). Using the linearized Neumann-Kelvin solution, the conversed solutions which rigidly satisfy the nonlinear free surface condition is obtained through an iterative technique. It is validated that the nonlinear solutions are compared with Duncan's experimental results(NACA 0012, $\alpha=5^{\circ}$), showing good correlations with each other. At a very shallow submergence and a very high speed the converged solutions are obtained. As the speed increases higher, it is shown that the difference between the nonlinear and linear solutions are trivial. Finally, the effects of the camber and thickness on the nonlinear flow characteristics of the foil are investigated.
Cauchy의 적분공식을 복소속도(complex velocity)에 적용하여 포텐시얼 유동을 해석하는 복소경계요소법이 개발되었다. 이 결과로 얻어지는 적분방정식은 경계면에서의 접선속도(tangential velocity)와 법선속도(normal velocity)의 함수로 주어진다. 자유수면에서의 접선속도의 시간변화(evolution of tangential velocity)를 수식화하기 위하여 새로운 비선형 동역학적 자유수면경계조건(nonlinear dynamic free surface boundary condition)을 유도하였다. 복소포텐시얼 대신 복소속도를 이용하는 이 방법은 유장내의 특이점(field singularity)을 용이하게 고려할 수 있으며, 수치미분없이 직접 경계면에서의 유속을 해로서 구하게 된다. 그러나 자유수면이 존재하는 문제의 경우에는, 자유수면에서의 동역학적 경계조건을 만족 시키기 위한 계산과정에 접선 벡타의 변화량을 추정하는 것이 포함되게 되어, 계산과정이 다소 복잡하게 된다.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.1
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pp.15-23
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1998
Characteristics of turbulence beneath the free surface around a blunt bow are numerically-investigated. Three dimensional wavier-Stokes and continuity equations are solved for the simulations.. The Large Eddy Simulation(LES) with the external disturbance is performed to simulate the turbulent free surface flow called sub-breaking wave. The result shows that the free surface fluctuates beyond a certain critical condition and the characteristics of the fluctuation are similar to the turbulent boundary layer flow around a solid body.
A numerical method is developed for computing the free surface flows around a transom stern of a ship at a high Froude number. At high speed, the flow may be detached from the flat transom stern. In the limit of the high Froude number, the problem becomes a planning problem. In the present study, we make the finite-element computations for a transom stern flows around a wedge-shaped floating ship. The numerical method is based on the Hamilton's principle. The problem is formulated as an initial value problem with nonlinear free surface conditions. In the numerical procedures, the domain was discretized into a set of finite elements and the numerical quadrature was used for the functional equation. The time integrations of the nonlinear free surface condition are made iteratively at each time step. A set of large algebraic equations is solved by GMRES(Generalized Minimal RESidual, Saad and Schultz 1986) method which is proven very efficient. The computed results are compared with previous numerical results obtained by others.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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