Ji, Young-Moo;Shin, Young-Seop;Park, Jun-Sang;Hyun, Jae-Min
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.6
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pp.617-624
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2011
The two-dimensional sloshing problem in a rigid rectangular tank with a free surface is considered. The flow is generated by a container in harmonic motion in time along the horizontal axis, i.e., a container excited by u=Asin($2{\pi}ft$) where u denotes the container velocity imposed externally, A is the amplitude of the oscillation velocity, and f is the frequency of oscillation. Experimental apparatus is arranged to investigate the large-amplitude sloshing flows in off-resonant conditions, where the large amplitude means that A~O(1), and the distance, S, is comparable to the breadth, L, of the container, i.e., L/S~O(1). Comprehensive particle image velocimetry (PIV) data are obtained, which show that the flow physics of the nonlinear off-resonant sloshing problem can be characterized into three peculiar free surface motions: standing-wave motions similar to those of linear sloshing, a run-up phenomenon along the vertical sidewall at the moment of turn-over of the container, and gradually propagating bore motion from the sidewall to the interior fluid region, like a hydraulic jump.
Aerodynamic effects, such as drag force and flow-induced vibration (FIV), on civil engineering structures can be minimized by optimally modifying the structure shape. This work investigates the turbulent wake of a square prism with its faces modified into a sinusoidal wave along the spanwise direction using three-dimensional large eddy simulation (LES) and particle image velocimetry (PIV) techniques at Reynolds number $Re_{Dm}$ = 16,500-22,000, based on the nominal width ($D_m$) of the prism and free-stream velocity ($U_{\infty}$). Two arrangements are considered: (i) the top and bottom faces of the prism are shaped into the sinusoidal waves (termed as WSP-A), and (ii) the front and rear faces are modified into the sinusoidal waves (WSP-B). The sinusoidal waves have a wavelength of $6D_m$ and an amplitude of $0.15D_m$. It has been found that the wavy faces lead to more three-dimensional free shear layers in the near wake than the flat faces (smooth square prism). As a result, the roll-up of shear layers is postponed. Furthermore, the near-wake vortical structures exhibit dominant periodic variations along the spanwise direction; the minimum (i.e., saddle) and maximum (i.e., node) cross-sections of the modified prisms have narrow and wide wakes, respectively. The wake recirculation bubble of the modified prism is wider and longer, compared with its smooth counterpart, thus resulting in a significant drag reduction and fluctuating lift suppression (up to 8.7% and 78.2%, respectively, for the case of WSP-A). Multiple dominant frequencies of vortex shedding, which are distinct from that of the smooth prism, are detected in the near wake of the wavy prisms. The present study may shed light on the understanding of the underlying physical mechanisms of FIV control, in terms of passive modification of the bluff-body shape.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.4
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pp.356-363
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2015
Microbubbles moving in the turbulent boundary layer are visualized and investigated in the point of frictional drag reduction. The turbulent boundary layer is formed beneath the surface of the 2-D flat plate located in the tunnel test section. The microbubble generator produces mean bubble diameter of 30 – 50 μm. To capture the micro-bubbles passing through the tiny measurement area of 5.6 mm2 to 200 mm2, the shadowgraphy system is employed appropriately to illuminate bubbles. The velocity field of bubbles reveals that Reynolds stress is reduced in the boundary layer by microbubbles’ activity. To understand the contribution of microbubbles to the drag reduction rate more, much smaller field-of-view is required to visualize the bubble behaviors and to find the 2-D void fraction in the inner boundary layer.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.1
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pp.20-29
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2010
The complicated flow characteristics of upper propeller wake influenced by hull wake are investigated in detail in the present study. A two-frame PIV (particle image velocimetry) technique was employed to visualize the upper propeller wake region. As the upper hull wake affects strongly propeller inflow, upper propeller wake shows much unstable vortical behavior, especially in the tip vortices. Velocity field measurements were conducted in a cavitation tunnel with a simulated hull wake. Generally, the hull wake generated by the hull of a marine ship may cause different loading distributions on the propeller blade in both upper and lower propeller planes. The unstable upper propeller wake caused by the ship's hull is expressed in terms of turbulent kinetic energy (TKE) and is identified by using the proper orthogonal decomposition (POD) method to characterize the coherent flow structure in it. Instabilities appeared in the eigen functions higher than the second one, giving unsteadiness to the downstream flow characteristics. The first eigen mode would be useful to find out the tip vortex positions immersed in the unstable downstream region.
Jeon, Min-Gyu;Kim, Hyoung-Ho;Suh, Sang-Ho;Choi, Young Ho;Lee, Hyun-Jin;Doh, Deog-Hee
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.11
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pp.985-990
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2013
An arteriovenous fistula is artificially produced using a graft for hemodialysis in patients. In an arteriovenous graft (AVG), the angle of its arterial or venous anastomosis play an important role in producing flows inside blood vessels, through which a stenosis may occur. Most studies thus far have focused on CFD results. In this study, a PIV technique is used to analyze the hemodynamic characteristics at the arterial or venous anastomosis of an AVG having an angle of $30^{\circ}C$. For flow dynamic similarity, the Reynolds number is set to be the same for real and simulated flows. A PIV experiment is performed with a control valve in the arterial part. In conclusion, the recirculation flow appeared in the bifurcation area and the total blood velocity changed according to the extent of valve opening.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.25
no.2
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pp.179-189
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2017
This paper is the fifth investigation on the methods of evaluating flow characteristics in a steady flow bench. In previous studies, several assumptions used in the steady flow bench were examined and it was concluded that the assumption of the solid rotation may lead to serious problems. In addition, though the velocity profiles were improved as the measuring position went downstream, the distributions were far from ideal regardless of the valve angle and evaluation position. The eccentricities were also not sufficiently small to disregard the effect on impulse swirl meter (ISM) measurement. Therefore, the effect of these distribution and eccentricity changes according to the positions needs to be analyzed to discuss the method of flow characteristics estimation. In this context, the effects of evaluation position on the steady flow characteristics were studied. For this purpose, the swirl coefficient and swirl ratio were assessed and compared via measurement of the conventional ISM and calculation based on the velocity by particle image velocimetry(PIV) from 1.75B, 1.75 times bore position apart from the cylinder head, to the 6.00B position. The results show that the swirl coefficients by ISM strictly decrease and the curves as a function of the valve lift become smooth and linear as the measuring position goes downstream. However, the values through the calculation based on the PIV are higher at the farther position due to the approach of the tangential velocity profile to ideal. In addition, there exists an offset effect between the velocity distribution and eccentricity in the low valve lift range when the coefficients are estimated based on the swirl center. Finally, the curve of the swirl ratio by ISM and by PIV evaluation as a function the measuring position intersect around 5.00B plane except at $26^{\circ}$ valve angle.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.17
no.2
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pp.167-172
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2011
In physical engineering, the turbulent flow on the surface roughness is very important. With the welding, design and paint, the hull surface roughness at each stage in the various aspects are important factors to be considered. In this study, the hull surface roughness geometry that was generalized to the PIV was applied to the tank test. The roughness of the surface changed the distance of the interval. Experimental velocity is Re = $1.1{\times}10^4$, Re = $2.0{\times}10^4$ and Re = $2.9{\times}10^4$. The turbulent intensity at the time-average were examined The roughness coefficient occurred with increasing turbulence intensities was stronger. The turbulence intensity away from the roughness in the shape was zero. The variation of turbulence intensity at the experimental flow conditions change was not affected.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.3
s.153
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pp.267-278
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2007
This experimental study investigated on the eddy making effect on the roll motion of a rectangular barge in a two-dimensional wave tank. The structure was used to simulate a simplified rectangular barge in the beam sea condition. The structure with a draft one half of its height was hinged at the center of gravity and free to roll by waves. The rectangular barge was tested with regular waves with a range of wave periods that are shorter, equal to, and longer than its roll natural period. Particle image velocimetry (PIV) was employed to obtain the velocity field in the vicinity of the structure. The coupled interactions between the incident wave and the barge were demonstrated by examining the vortical flow fields to elucidate the eddy making effect during the roll motion. For incoming wave with a wave period same as the roll natural period, the barge roll motion was reduced by the eddy making damping effect. At the wave period shorter than the roll natural period, the structure roll motion was slightly reduced by the vertical flow around the barge. However, at the wave period longer than the roll natural period, the eddy making effect due to flow separation at structure corners indeed amplifies the roll motion. This indicates that not only can the eddy making effect damp out the roll motion, it can also increase the roll motion.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.2
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pp.128-133
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2011
In the present study, the flow fields in between the propeller and the semi-spade rudder are investigated by using PIV technique to find out the influences of both simulated hull wake and propeller wake on the incident flow to the rudder. The velocity fields are measured at the propeller rotation angle of $180^{\circ}$ and the rudder deflection angles of $0^{\circ}$. Flow fields measured at each rudder deflection angle are analyzed in terms of angle-of-attack against the rudder leading edge. The hull wake increases the angle-of-attack more than that in the uniform inflow condition, forming the angle-of-attack of about $20^{\circ}$ at 0.7R(R=propeller radius) position. The distribution of the angle-of-attack is strongly affected by the stagnation point around the leading edge and camber effect of the rudder. These effects provide asymmetric distribution of angle-of-attack with respect to the leading edge of the rudder.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.6
s.144
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pp.619-630
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2005
A two-frame PIV (Particle Image Velocimetry) technique is used to investigate the wake characteristics behind a marine propeller with 4 blades at high Reynolds number. For each of 9 different blade phases from $ 0^{\circ} $ to $ 80^{\circ} $, one hundred and fifty instantaneous velocity fields are measured. They are ensemble averaged to study the spatial evolution of the propeller wake in the region ranging from the trailing edge to one propeller diameter (D) downstream location. The phase-averaged mean velocity shows that the trailing vorticity is related to radial velocity jump, and the viscous wake is affected by boundary layers developed on the blade surfaces and centrifugal force. Both Galilean decomposition method and vortex identification method using swirling strength calculation are very useful for the study of vortex behaviors En the propeller wake legion. The slipstream contraction occurs in the near-wake region up to about X/D : 0.53 downstream. Thereafter, unstable oscillation occurs because of the reduction of interaction between the tip vortex and the wake sheet behind the maximum contraction point.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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