Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.7
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pp.685-691
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2011
The aim of this study is to point out the uniqueness of Doppler optical coherence tomography (DOCT) for use in a probe station for (in vivo) visualization of microscale flow and structure and to maximize the effectiveness of DOCT by overcoming its limitations. Conventional DOCT produces images of only one of the velocity components that is parallel to the incident light. In this study, a multi-angle DOCT to quantify a velocity vector field is proposed; this is an extension from a velocity scalar field to a vector field. Quantifying an instantaneous three-dimensional velocity field in a pulsating flow is another challenge because of its limited frame rate. The in-vivo pulsating blood flow is measured by using an electrocardiogram-gated multi-angle DOCT in a hamster cheek pouch model. It is shown that the aliasing problem caused by a relatively low frame rate is resolved by using this method of measurement.
The present study is focused on the small scale turbulent mixing processes in the scalar field. In order to deal with molecular mixing in turbulent flow, the linear eddy model is addressed. In each realization, the molecular mixing term is implemented deterministically, and turbulent stirring is represented by a sequence of instantaneous, statistically independent rearrangement event called by triplet map. The LEM approach is applied with relatively simple conditions. The characteristics of scalar mixing and PDF profiles are addressed in detail.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.8
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pp.1145-1152
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2002
A non-intrusive Planar Laser-Induced Fluorescence(PLIF) technique was applied to study the turbulent mixing process in a Rushton turbine reactor. Instantaneous and ensemble averaged concentration fields was obtained by measuring the fluorescence intensity of Rhodamine B tracer excited by a thin Nd:Yag laser sheet illuminating the whole center plane of the stirred tank. The gray level images captured by a 14-bit cooled CCD camera could be transformed to the local concentration values using a calibration matrix. The dye injection point was selected at the tank wall with three quarter. height (3/4H) from the tank bottom to observe the mixing characteristics in upper bulk flow region. There exist distinct two time scales: the rapid decay of mean concentration after the dye infusion reflects the large scale turbulent mixing while the fellowed slow decay reveals the small scale molecular mixing. The temporal change of concentration variance field conjectures the two sequential processes for the batch type mixing. An inactive column of water is existed above the impeller disk, in which the fluid rotates with the shaft but is isolated from the mean bulk flow.
This experimental study investigated the flow characteristics for regular waves passing a rectangular floating structure in a two-dimensional wave tank. The particle image velocimetry (PIV) was employed to obtain the velocity field in the vicinity of the structure. The phase average was used to extract the mean flow and turbulence property from repeated instantaneous PIV velocity profiles. The mean velocity field represented the vortex generation and evolution on both sides of the structure. The turbulence properties, including the turbulence length scale and the turbulent kinetic energy budget were investigated to characterize the flow interaction between the regular wave and the structure. The results shaw the vortex generated near the structure corners, which are known as the eddy-making damping or viscous damping. However, the vortex induced by the wave is longer than the roll natural period of the structure, which presents the phenomena opposing the roll damping effect; that is, the vortex may increase the roll motion under the wave condition longer than the roll natural period.
Simultaneous measurement with PLIF(Planar Laser-Induced Fluorescence) and Stereo-PIV(Stereoscopic Particle Image Velocimetry) was performed to investigate the structural characteristics of flow field in Rushton Turbine Mixer. Instantaneous 3D velocity fields are measured by two 2K ${\times}$ 2K CCD cameras focused on an object plane with the angular displacement methods while the concentration fields are obtained through the measurement of the fluorescence intensity of Rhodamine B tracer excited by the second pulse of Nd:Yag laser light. Image distortion due to the camera view-angle is compensated by a mapping function. Finally, the spatial structures of turbulent mixing around Rushton turbine were identified by the calculation of cross-correlation fields between the velocity and concentration field.
The mear field structure of round turbulent jets with initially asymmetric velocity distributions is investigated experimentally. Experiments are carried out using a constant temperature hot-wire anemometry system to measure streamwise velocity in the jets. The measurements are undertaken across the jet at various streamwise stations in a range starting from the jet exit plane and up to a downstream location of twelve diameters. The experimental results include the distributions of mean and instantaneous velocities, vorticity field, turbulence intensity, and the Reynolds shear stresses. The asymmetry of the jet exit plane was obtained by using circular cross-section pipes with a bend upstream of the exit. There pipes used here include a straight pipe, and 90 and 160 degree-bend pipes. Therefore, at the upstream of the upstream of the pipe exit, secondary flow through the bend mean streamwise velocity distribution could be controlled by changing the curvature of pipes. The jets into the atmosphere have two levels of initial velocity skewness in addition to an axisymmetric jet from a straight pipe. In case of the curved pipe, a six diameter-long straight pipe section follows the bend upstream of the exit. The Reynolds number based on the exit bulk velocity is 13,400. The results indicate that the near field structure is considerably modified by the skewness of an initial mean velocity distribution. As the skewness increases, the decay rate of mean velocity at the centerline also increases.
This paper presents flow characteristics of a sweeping jet issued by a feedback-free fluidic oscillator. Overall flow characteristics of feedback-free sweeping jet (FFSJ) were analyzed using flow visualization. The feedback-free sweeping jet has a sinusoidal external flow pattern. The oscillating frequency of the FFSJ is three times higher than that of a conventional sweeping jet at the same Reynolds number. Flow structure and turbulence characteristics were investigated using time-resolved particle image velocimetry (TR-PIV). In instantaneous velocity fields, the flow did not stay at ends but changed the direction continuously in contrast to the conventional sweeping jet. Velocity distributions at each plane which were extracted from mean velocity field has Gaussian distribution, which is similar with a circular jet. The sweep angles were constant as 45° at all Reynolds numbers in the high flow rate regime.
The turbine system converts the kinetic energy of water flow to electricity by rotating the rotor in a restricted waterway between the seabed and free surface. A turbine system's immersion depth and rotation direction are significantly critical in the turbine's performance along with the shape of the rotor. This study has investigated the hydrodynamic performance of the Savonius hydrokinetic turbine (SHT) according to the immersion depth and rotation direction using computational fluid dynamics (CFD) simulations. The instantaneous torque, torque coefficient, and power coefficients are calculated for the immersion ratios Z/D ranging [0.25, 3.0] and both clockwise (CW) and counterclockwise (CCW) rotations. A flow visualization around the rotor is shown to clarify the correlation between the turbine's performance and the flow field. The CFD simulations show that the CCW rotation produces a higher power at shallow immersion, while the CW rotation performs better at deeper immersion. The immersion ratio should be greater than the minimum of Z/D=1.0 to obtain the maximum power production regardless of the rotation direction.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.923-938
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2019
Surge motion of top-end platform induced by periodic wave makes marine flexible riser encounter equivalent sheared-oscillatory flow, under which the Vortex-induced Vibration (VIV) response will be more complicated than pure sheared flow or oscillatory flow cases. Based on a time domain force-decomposition model, the VIV response characteristics under sheared-oscillatory flows are investigated numerically in this paper. Firstly, the adopted numerical model is validated well against laboratory experiments under sheared flow and oscillatory flow. Then, 20 sheared-oscillatory flow cases with different oscillation periods and top maximum current velocities are designed and simulated. Under long and short oscillation period cases, the structural response presents several similar features owing to the instantaneous sheared flow profile at each moment, but it also has some different patterns because of the differently varying flow field. Finally, the effects and essential mechanism of oscillation period and top maximum current velocity on VIV response are discussed systematically.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.8
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pp.92-98
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2005
Screen can provide any disturbed resistance that affects the change in characteristics of turbulence, velocity and pressure distributions of the flow field, and thus it has been widely used to control the flow. Some previous related studies for compressible flows have limitations such as, considering relatively low-Mach-number flows in the range of 0.3 ∼ 0.7, and not observing the detailed shock structures of the flow fields. An experimental study on highly compressible axi-symmetric supersonic jet flow fields behind wire-gauze screen has thus been carried out. Continuous/instantaneous flow images by Schlieren flow- visualization technique and the information of Pitot pressure/flow-noise measurements of the flow field behind the screen for various jet expansion conditions have been obtained. Effects of various porosity and inclination angles of the screen at the nozzle exit have also been investigated, and the experimental results have been compared to the case with no screen installed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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