Drag prediction is sought for the aifoil having laminar and turbulent flow characteristics with CFD code being unable to predict transition to turbulent flow. Laminar flow simulation presents some insight to the transition position. Separate simulations with laminar and turbulent flow and their combination estimate the drag of the airfoil containing laminar and turbulent flow characteristics.
균일조도 원형관에서 수행한 Nikuraclse의 실험결과에 따라 관로흐름은 층류(層流), 천이층류(遷移層流), 완난류(緩亂流), 천이난류(遷移亂流)와 전난류(全亂流)등 다섯가지로 구분되며, 천이층류는 조건에 따라 층류로부터 완난류로 천이하는 경우와 층류로부터 전난류로 바로 천이하는 경우가 있다. 각 조건은 관경의 조고에 대한 비로 결정될 수 있으며, 각 조건에 대하여 원형관 마찰계수를 양해법으로 구하는 수식을 개발하였다. 본 수식은 Nikuradse의 실험결과와 비교하여 상당히 양호한 결과를 보여준다.
In this study, the indirect correlation of degradation characteristic and flow behavior in the de-NOx catalyst is investigated experimentally. The inner flow behavior in the de-NOx catalyst is varied from turbulent flow to laminar flow and the degradation of the de-NOx catalyst is remarkably affected by the inner flow. The degradation of the catalyst is increased in the upstream region near the inlet because injected turbulent flow enhances the adhesion of ash particle on the catalyst surface. The degradation of the catalyst near the inlet also governs the overall efficiency of the catalyst. The amount of adhered ash particles on the catalyst surface decreases as they progress downstream. This is due to the inner flow transition from turbulent flow to laminar flow.
In the present paper, transition turbulence model is applied to the NACA64(3)618 and detailed flow features are studied. The turbulence model is sensitive to the boundary layer grid quality and y+ of the grid was limited to 1. The prediction of the transition region is dependent on the local flow condition. The pressure coefficient distribution of the transition turbulence model is compared with that of the fully turbulent mode and the drag distribution of the transition turbulence model was compared with that of the wind tunnel test.
The turbulent flow around a sphere was investigated using two experimental techniques: smoke-wire flow visualization in wind tunnel at Re=5300, 11000 and PIV measurements in a circulating water channel. The smoke-wire visualization shows flow separation points near an azimuthal angle of $90^{\circ}$, recirculating flow, transition from laminar to turbulent shear layer, evolving vortex roll-up and fully turbulent eddies in the sphere wake. The mean velocity field measured using a PIV technique in x-y center plane demonstrates the detailed near-wake structure such as nearly symmetric recirculation region, two toroidal vortices, laminar separation, transition and turbulent eddies. The PIV measurements of turbulent wake in y-z planes show that a recirculating vortex pair dominates the near-wake region.
Drag reduction is one of main concerns for commercial aircraft companies than ever because fuel price has been tripled in ten years. In this research, Natural Laminar Flow airfoil is designed and tested to reduce drag at cruise condition, $c_l$=0.3, Re=3.4${\times}$10$^6$ and M=0.6. NLF airfoil is characterized by delayed transition from laminar to turbulent flow, which comes from maintaining favorable pressure gradient to downstream. Transition is predicted by solving Boundary Layer equations in viscous boundary layer and by solving Euler Equation outside the boundary layer. Once boundary layer thickness and momentum thickness are obtained, $e^N$-method is used for transition point prediction. As results, KARI's NLF airfoil is designed and shows better characteristics than NLF-0115. The characteristics are tested and verified at low Reynolds numbers, but at high Reynolds numbers, laminar flow characteristics are not obtainable because of fully turbulent flow over airfoil surfaces. Precious experiences, however, relating NLF airfoil design, subsonic and transonic tests are acquired.
Laminar and turbulent boundary layers on a rotating sector and a helical blade are calculated by differential method. The estimation of three dimensional viscous flows provide quite useful informations for the design of propellers and turbo-machinery. A general method of calculation is presented in this paper. Calculated laminar boundary layer on a sector shows smooth development of flows from Blasius' solution at the leading edge to von Karman's solution of a rotating disk at the down-stream. Eddy viscosity model is adopted for the calculation of turbulent flows. Turbulent flows on a rotating blade show similar characters as laminar flows. But cross-flow angle of turbulent flows are reduced in comparison with laminar boundary layers. Effects of rotation make flow structures significantly different from two-dimensional flows. In the range of Reynolds number of model scale propellers, large portion of the blade are still in the transition region from laminar to turbulent flows. Therefore viscous flow pattern might be quite different on the blade of model propeller. The present method of calculation is to be useful for the research of scale effects, cavitation, and roughness effects of propeller blades.
관로흐름은 관벽과의 마찰 정도에 따라 층류와 난류, 난류인 경우 관벽은 매끄러운관 또는 완난류(緩亂流)(smooth turbulent flow) 조건과 거칠은 관 또는 전난류(全亂流)(rough turbulent flow) 조건으로 뚜렷이 대별할 수 있으며 층류와 완난류의 변이부에 해당하는 층류-완난류 천이조건 즉 천이층류(遷移層流)와 완난류-전난류 변이부 즉 천이난류(遷移亂流) 등 모두 다섯 개의 조건으로 구분지어 해석할 수 있다. 층류, 완난류 및 전난류 조건에서의 마찰계수 산정에는 기존 Prandt1의 이론식에 상당한 신뢰를 두고 있으나 천이난류에서의 마찰계수산정에 쓰고 있는 Colebrook-white 조합식은 이의 정도에 많은 의문점을 두어 왔다. 본 연구에서는 Nikuradse의 실험결과를 재 분석하여 천이난류조건에서의 유속분포식을 구하였으며, 이에 근거하여 관로에서 천이난류조건에 대한 마찰계수 산정식을 개발하였다. 천이층류에 대하여는 마찰계수를 내삽법으로 구할 것을 제의한다.
When an axisymmetric body moves through air the boundary layer near the stagnation region remains laminar and subsequently it goes through transition to turbulent. The experimental investigation described in this paper concerns the characteristics of wall pressure fluctuations at the initial stage of boundary layer flow including transition. Flush-mounted microphones are used to measure the wall pressure fluctuations at the transition and turbulent boundary layer region of a blunt axisymmetric body in the low noise wind tunnel. It if found from this study that the wall pressure fluctuations in the transition region is higher than that in the turbulent region.
In the present paper, some difficulties encountered in predicting airfoil characteristics are described and solutions for those problems are discussed Since drag is determined by the amounts of pressure and, especially, shear stress, accurate estimation of shear stress is very crucial. However shear stress computation is dependent on the grid density and turbulence model, it should be consistent in preparing grid and turbulence model. When the transition from laminar to turbulent happen at the middle of airfoil, CFD solver should divide the region into laminar and turbulent region based on the transition location.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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