The flow fields around an elliptic cylinder of axis ratio AR=2 adjacent to a free surface were investigated experimentally using a water channel. The main objective is to understand the effect of the free surface on the flow structure in the near-wake. The flow fields were measured by varying the depth of cylinder submergence, for each experimental condition, 350 velocity fields were measured using a single-frame PIV system and ensemble-averaged to obtain the spatial distribution of turbulent statics. For small submergence depths a large-scale eddy structure was observed in the near-wake, causing a reverse flow near the free surface, downstream of the cylinder. As the depth of cylinder submergence was increased, the flow speed in the gap region between the upper surface of the cylinder and the free surface increased and formed a substantial jet flow. The general flow structure of the elliptic cylinder is similar to previous results for a circular cylinder submerged near to a free surface. However, the width of the wake and the angle of downward deflection of the shear layer developed from the lower surface of the elliptic cylinder are smaller tan those for a circular cylinder.
The flow around free end of a finite circular cylinder(FC) embedded in an atmospheric boundary layer has been investigated experimentally. The experiments were carried out in a closed-return type subsonic wind tunnel with varying aspect ratio of the finite cylinder mounted vertically on a flat plate. The wake structures behind a 2-D cylinder and a finite cylinder located in a uniform flow were also measured for comparison. Reynolds number based on the cylinder diameter was about Re=20,000. A hot-wire anemometer was employed to measure the wake velocity and the mean pressure distributions on the cylinder surface were also measured. The flow past the FC free end shows a complicated three-dimensional wake structure and flow phenomenon is quite different from that of 2-D cylinder. The three-dimensional flow structure was attributed to the downwashing counter rotating vortices separated from the FC free end. As the FC aspect ratio decreases, the vortex shedding frequency is decreased and the vortex formation length is increased compared to that of 2-D cylinder. Due to the descending counter-rotating twin-vortex, in the region near the FC free end, regular vortex shedding from the cylinder is suppressed and the vortex formation region is hardly established. In the wake center region, the mean velocity for the FC located in atmospheric boundary layer has large velocity deficit, compared to that of uniform flow.
Multimode boundary-layer transition on a NACA0012 airfoil is experimentally investigated under periodically passing wakes and the moderate level of free-stream turbulence. The periodic wakes are generated by rotating circular cylinders clockwise or counterclockwise around the airfoil. The free-stream turbulence is produced by a grid upstream of the rotating cylinder, and its intensity(Tu) at the leading edge of the airfoil is $0.5\;or\;3.5\;{\%}$. The Reynolds number ($Re_c$) based on chord length (C) of the alrfoil is $2.0{\times}10^5$, and Strouhal number ($St_c$) of the passing wake is about 0.7. Time- and phase-averaged streamwise mean velocities and turbulence fluctuations are measured with a single hot-wire probe, and especially, the corresponding wall skin friction is evaluated using a computational Preston tube method. The wake-passing orientation changes pressure distribution on the airfoil in a different manner irrespective of the free-stream turbulence. Regardless of free-stream turbulence level, turbulent patches for the receding wakes propagate more rapidly than those for the approaching wake because adverse pressure gradient becomes larger. The patch under the high free-stream turbulence ($Tu=3.5{\%}$) grows more greatly in laminar-like regions compared with that under the low background turbulence ($Tu=0.5{\%}$) in laminar regions. The former, however, does not greatly change the original turbulence level in the very near-wall region while the latter does it. At further downstream, the former interacts vigorously with high environmental turbulence inside the pre-existing transitional boundary layer and gradually lose his identification, whereas the latter keep growing in the laminar boundary layer. The calmed region is more clearly observed under the lower free-stream turbulence level and for the receding wakes. The calmed region delays the breakdown further downstream and stabilizes more the boundary layer.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.15
no.4
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pp.773-779
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2011
The width of a submarine's turbulent wake, using Shear-free and Ship wake theory, is proportional to $x^n,\;({\frac{1}{5}}{\leq}n<{\frac{1}{2}})$ If we assume submarine's length, width, velocity are 65m, 6.5m, 6kts respectively, and the minimum diffusion of turbulent wake ; ${\infty}\;x^{1/5}$, the width of wake behind the submarine is about 20m at 1.2km, 30m at 15km when there is no breaking waves on the sea surface. However, in the case of breaking waves, it is very limited to identify submarine's wake on the sea surface because wind generated turbulent wake has higher turbulent kinetic energy than that of submarine's wake. As a result, there is a high possibility to detect submarine's wake on the sea surface in the shallow water such as the Yellow-Sea using a proper detection method such as SAR. This means that in anti-submarine operations, non-acoustic sea surface serveillance applied turbulent wake will be very effective way to detect a submarine in near future. To do this we have to develop exact theory of submarine's turbulent wake above all.
The characteristics of flow around a rotating propeller were investigated using PIV technique. For each of four different blade phases of $0^{\circ},\;18^{\circ},\;36^{\circ}\;and\;54^{\circ}$four hundred instantaneous velocity fields were ensemble averaged to investigate the spatial evolution of the flow around a propeller. The phase-averaged mean velocity fields show that the viscous wake formed by the boundary layers developed on the blade surfaces and the slipstream contraction in the near-wake region. The out-of-plane velocity component and strain rate had large values at the locations of the tip and trailing vortices. The boundary layer developed along the ship hull bottom surface of the ship stern provides a strong turbulent shear layer, affecting the vortex structure in the propeller near-wake. As the flow develops in the downstream direction, the trailing vortices formed behind the propeller hub move upward slightly due to the presence of the hull wake and free surface. The turbulence intensity has large values around the tip and trailing vortices. As the wake moves downstream, the strength of the vorticity diminishes and the turbulence intensity increases due to turbulent diffusion and active mixing between the tip vortices and adjacent wake flow.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.18
no.1
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pp.60-72
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1994
The effect of free stream tubulence on the coherent structure in the near wake of a circular cylinder was investigated by a conditional sampling technique. The measurements were made from C.T.A. with hot wire I-probe and a Split-film sensor. Contours of phase-averaged velocity and vorticities were presented and discussed. It was found that the value of the vortex strength increased with increasing free stream turbulence which can enhance the roll-up of the shear layer.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.2
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pp.156-162
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2008
The static aeroelastic analysis of composite hingeless rotor blades in hover was performed using free-wake method. Large deflection beam theory was applied to analyze blade motions as a one-dimension beam. Anisotropic beam theory was applied to perform a cross-sectional analysis for composite rotor blades. Aerodynamic loads were calculated through a three-dimensional aerodynamic model which is based on the unsteady vortex lattice method. The wake geometry in hover was described using a time-marching free-wake method. Numerical results of the steady-state deflections for the composite hingeless rotor blades were presented and compared with those results based on two-dimensional quasi-steady strip theory and prescribed wake method. It was shown that wakes affect the steady-state deflections.
Park, Sang-Gyoo;Lee, Jae-Won;Lee, Sang-Il;Oh, Se-Jong;Yee, Kwang-Jung
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.10
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pp.859-867
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2007
The objective of this study is to develop and validate a numerical method which can handle the multi-rotor aerodynamic characteristics. For the purpose of power estimation, table look-up method is implemented to the existing unsteady panel code that is coupled with a time-marching free wake model. Also, the Reynolds number scaling is implemented for the application to various regions of Reynolds number. The computed results are validated against the available experimental data for coaxial and tandem rotors. In the validation case for the coaxial rotor, more accurate result is acquired when the thickness effect is considered. The wake instability problem occurs at a particular separation distance between the rotors for tandem rotors. The wake instability is avoided by setting the single-rotor wake geometry as the initial wake geometry for the multi-rotor analysis. The estimated result for rotor separation effect is compared with the result of the momentum theory.
In this paper, a free wake analysis based on the curved vortex element and CVC wake model is used to predict the aerodynamic performance and noise for HAWT. Also for prediction of RPM, a maximum value through a quadratic regression was suggested. And for a noise prediction, the broadband noise prediction method based on experimental equation was used. The curved vortex element uses a BCVE and an SIVE instead of a straight vertex element. In the CVC wake model, the vortex strengths are assumed to be constant along a span and a vortex filament. The free wake structure made by the curved vortex element and CVC was substituted for a vortex lattice, so it has an advantage for the less calculation time and a depiction of accurate wake structure. For the verification of this program, calculated results are compared with Mr. Kim's experiment model and Zond Z-40FS for performance and with WTS-4 and USWP models for noise. Good agreements are obtained between the predicted and the measured data for the performance and far-field noise spectra.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.10
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pp.1408-1416
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2001
Mean flow fields in the near wake of a square cylinder have been studied experimentally using a Particle Image Velocimetry (PIV). Ensemble-averaged velocity fields are successfully measured fur the square cylinder wake including the reverse flow region which arises many difficulties in accurate measurement by using conventional techniques, Experiments are performed at two free stream velocities of U$\_$$\infty$/ = 1.27m/s and 3.03m/s. The corresponding Reynolds numbers based on the free-stream velocity and cylinder diameter are 1600 and 3900, respectively. The intensity of free-stream turbulence is less than 1%, the blockage ratio (D/H) is 6.6% and the aspect ratio (W/D) is 40. The effect of Reynolds number on the near wake of a square cylinder has been investigated by the global mean velocity and instantaneous velocity fields. The most striking feature is that the length of the recirculating region increases with increasing Reynolds number, which turns out totally reverse trend compared with those observed in the circular cylinder wake at the same range of Reynolds number. Fer the case of higher Reynolds number, the mean velocity data agree well with those of relevant existing data obtained at much higher Reynolds numbers, which reflects the general aspect of sharp-edged bluff body wake.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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