Large eddy simulation of a circular jet at the Reynolds number of 10000 is performed to investigate turbulence suppression effect with single frequency excitation at the non-dimensional frequency of 0.017. Instantaneous flow fields show that, with excitation, naturally occurring energetic vortices are suppressed through earlier saturation and breakdown of the shear layer vortices into fine grained turbulence. Due to the excitation, the Reynolds stresses are larger for the excited case near the jet and turbulence suppression begins afterward. The Reynolds normal stresses show largest suppression in the shear layer near the jet and in the centerline further downstream, while the Reynolds shear stress shows largest suppression in the shear layer at all the downstream locations.
This paper describes an experimental work to investigate the effect of mesh screen device on the jet structure and acoustic characteristics of over-expanded supersonic jet. The mesh screen device is placed into the supersonic jet stream. In order to perturb mainly the initial jet shear layer, the hole is perforated in the central part of the mesh screen. The diameter of the perforated hole and the location of mesh screen device are varied. A Schlieren optical system is used to visualize the flow fields of supersonic jet without and with the mesh screen device. Pitot pressure measurement is carried out to obtain the pressure distribution in the jet flow. Acoustic measurement also is performed to obtain the OASPL and noise spectra. The results obtained show that the jet structure and the jet noise control effectiveness is strongly dependent upon the diameter of the perforated hole and the location of the mesh screen device in the jet stream. Provided that the mesh screen device is placed at the location to perturb effectively the initial shear layer, the present control method is effective in suppressing the supersonic jet noise.
Numerical simulations based on the ALE finite element method are carried out to examine the aerodynamics of an oscillating circular cylinder when the separated shear flows around the cylinder are stimulated by periodic jet excitation with a shear layer instability frequency. The excitation is applied to the flows from two points on the cylinder surface. The numerical results showed that the excitation with a shear layer instability frequency can reduce the negative damping and thereby stabilize the aerodynamics of the oscillating cylinder. The change of the lift phase seems important in stabilizing the cylinder aerodynamics. The change of lift phase is caused by the merger of the vortices induced by the periodic excitation with a shear layer instability frequency, and the vortex merging comes from the high growth rate, the rapid increase of wave number and decrease of phase velocity for the periodic excitation in the separated shear flows.
In the present study, the turbulent flow from an annular jet is investigated by using large eddy simulation. Particularly, the effect of the ratio of the inner and outer diameters is one of the main interests of this study. The instantaneous fields presented in this paper showed that behind the jet exit the backflow region, as well known in literatures, exists, and its detailed behavior depends on the ratio of the inner and outer diameters ($D_1/D_2$). The dependence on $D_1/D_2$ is attributed to the different shear layer development according to $D_1/D_2$. At small $D_1/D_2$, the development of the outer shear layer is similar to that from the circular jet. However, with increasing $D_1/D_2$, the interaction between the outer and inner shear layers becomes strong, resulting in fast transition to turbulence.
Kim, Gyeong-Cheon;Kim, Sang-Gi;Yun, Sang-Yeol;Lee, Seok-Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.3
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pp.394-401
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2002
The instantaneous flow characteristics of a round jet issuing normally into a crossflow has been studied using a flow visualization technique and particle image velocimetry. The effects of parameters such as jet inflow profile and turbulence intensity of the jet are evaluated for various Reynolds numbers in range between 735 and 3150, which are based on the crossflow velocity and jet-pipe diameter. The jet-to-crossflow velocity ratio is fixed at the value of 3.3. Instantaneous later tomographic images of the symmetry plane of the crossflow jet show that there exist very different natures in the flow structures of the near-field of the jet even though the velocity ratio is same. It is found that when the turbulence intensity of jet is elevated, the shear layer becomes much thicker due to the strong entrainment of the ambient fluid by turbulent interaction between the jet and crossflow. The detailed characteristics of instantaneous velocity and vorticity fields are presented to illustrate the effects of the above parameters on the vertical structures of the crossflow jet.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.9
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pp.1290-1306
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1998
An experimental study has been performed on a three-dimensional boundary layer over a rotating disk with an impinging jet at the center of the disk. The objective of the present study is to investigate the turbulence statistics of the three-dimensional turbulent boundary layer, which may be regarded as one of the simplest models for the flow in turbomachinery. Six components of the Reynolds stresses and ten triple products are measured by aligning the miniature X-wire probe to the mean velocity direction. The ratio of the wall-parallel shear stress magnitude to twice the turbulent kinetic energy in the near-wall region is strongly decreased by the impinging jet. In the case of the free rotating disk flow the shear stress vector lags behind the mean velocity gradient vector in the whole boundary layer, while the lag is weakened as the impinging jet speed increases.
The objective of the present study is to investigate the changes in the acoustic source characteristics and far-field noise propagation in an incompressible round jet at Re=10000 for single-frequency excitations using large eddy simulation and Lighthill acoustic analogy. We apply excitations at a frequency corresponding to the jet-column mode ($St_{D}=0.85$) or maximum growth rate in the shear layer ( $St_{\theta}=0.017$ ). The acoustic source derived from the Lighthill acoustic analogy is the second spatial derivative of the Reynolds stresses. In the case of $St_{D}=0.85$, vortex ring and large scale structures are dominant sources, whereas in the case of $St_{\theta}=0.017$, the main sources are located at an upstream position along the shear layer than in the uncontrolled case. Also, the far-field noise propagates along the axial direction due to excitation.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.1
no.1
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pp.33-45
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1997
Axisymmetric shear layers around a free jet is forced by co-flowing and counter-flowing secondary jets from/to an annular tube around the jet nozzle. The jet potential core extends far downstream with co-flowing secondary jets due to inhibited vortex developing and pairing. For counter-flowing cases, the axisymmetric shear layer around the jet transits from convective instability to absolute instability for velocity ratios R=1.3~l.65 for the uniform velocity jets. Consequently, the jet potential core length increases and the turbulence level in the jet core is reduced significantly. The jets are controlled better with extension collars attached to the outer nozzle exit because the annular secondary flow is guided well by the extension collars. For the vectoring of jet, the annular tube around the jet is divided in two parts and the only one part is used for suction. The half suction makes the different shear layer around the jet and vectoring the jet by Coanda effect. The vectoring and turbulent components are varied significantly by the suction ratio. The experiments are carried out to investigate the characteristics of forced free jets using flow visualization, velocity and turbulence measurements.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.7
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pp.918-927
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1999
In the fully developed internal flow fields, there are complex transition flows caused by interaction of the cross flow and jet when jet is Injected Into the flow. These interactions are studied by means of the flow visualization methods. An instantaneous laser tomographic method is used to reveal the physical mechanism and the structure of vortices formation in the branch pipe flow. The velocity range of cross flow of the pipe is 0.7m/s and the corresponding Reynolds number $R_{cf}$, based on the duct height is $5.6{\times}10^3$, diameter/height ratios(d/H) 0.14 and velocity ratios 3.0. Oil mist with the size of $10{\mu}m$ diameter is used for the scattering particle. The instantaneous topological features of the vortex ring roll-up of the jet shear layer and characteristics of this flow are studied in detail by performing flow visualization in rectangular duct flow. It is found that the formation and roll-up of ring vortices is a periodic phenomenon. The detailed topology of the vortices in the near field of a cross -flow jet and the mechanism associated with them give enforced hints of vortex breakdown within the vortex system due to the interaction of the jet and the cross-flow.
In this study, laboratory experiments have been performed to investigate characteristics of the velocity fields and turbulence for non-buoyant plane jet in the vicinity of the jet nozzle using PIV system. The experimental results show that, in the transition region, the lateral velocity profile is in good agreement with Gaussian distribution. However, the coefficient of Gaussian distribution, $\K_{u,}$, decreases with longitudinal distance in the transition region. The existing theoretical equation for the centerline velocity tends to overestimate the measured data in the transition region. A new equation for the centerline velocity derived by incorporating varying $k_{u}$ gives better agreement with the measured data than the previous equation. The results of the turbulence characteristics show peak values are concentrated on the shear layers. The Reynolds shear stress profile shows the positive peak in the upper layer and negative peak in the lower layer. The turbulent kinetic energy also provides double peaks at the shear layers. The peak of the Reynolds shear stress and the turbulent kinetic energy increases until x/B=8, and then it decreases afterwards.s.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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