This study investigates flow fields and energy dissipation due to regular wave interaction with a perforated vertical breakwater, through velocity data measurement in a two-dimensional wave tank. As the waves propagate through the perforated breakwater, the incoming wave energy is reflected back to the ocean, dissipated due to very turbulent flows near the perforations and inside the chamber, and transmitted through the perforations of the breakwater. This transmitted energy is further reduced due to the presence of the perforated back wall. Hence most of the energy is either reflected or dissipated in the vicinity of the structure, and only a small amount of the incoming wave energy is transmitted through the structure. In this study, particle image velocimetry (PIV) technique was employed to measure two-dimensional instantaneous velocity fields in the vicinity of the structure. Measured velocity data was treated statistically, and used to calculate mean flow fields, turbulence intensity and turbulent kinetic energy. For investigation of the flow pattern, time-averaged mean velocity fields were examined, and discussed using the cross-sections through slot and wall for comparison. Flow fields were obtained and compared for various cases with different regular wave conditions. In addition, turbulent kinetic energy was estimated as an approach to understand energy dissipation near the perforated breakwater. The turbulent kinetic energy was distributed against wave height and wave period to see the dependence on wave conditions.
Kim, Gyeong-Cheon;Ji, Ho-Seong;Chu, Jae-Min;Lee, Seok-Ho;Seong, Seung-Hak
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.4
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pp.578-586
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2002
Flow structures around a rectangular prism have been investigated by using a PIV(Particle Image Velocimetry) technique. A thick turbulent boundary layer was generated by using spires arid roughness elements. The boundary layer thickness, displacement thickness and momentum thickness were 650mm, 117.4mm and 78mm, respectively. The ratio between the model height(40mm) and the boundary layer thickness H/$\delta$, was 0.06. The Reynolds number based on the free stream velocity and the height of the model was 7.9$\times$10$^3$. The PIV measurements were performed at three different wall normal planes. Three recirculation regions at forward facing step, top of the roof and backward facing step are clearly seen and show three dimensional features. Dramatic changes of flow patterns are observed in the wake regions in the different spanwise wall normal planes. Instead of reattachment and recirculation zone, rising streamlines are depicted at the normal planes near the side wall due to the interaction with a rising horse shoe vortex. The peak of turbulent kinetic energy occurs at the separation bubble on top of the roof and the magnitude is 2.5 times higher compared with that of the wake region.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.5
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pp.629-639
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2002
In-vitro flow characteristics downstream of a polyurethane artificial heart valve and a Bjork-Shiley Monostrut mechanical valve have been comparatively investigated in pulsatile flow using particle image velocimetry (PIV). With a triggering system and a time-delayed circuit the velocity distributions on the two perpendicular measurement planes downstream of the valves are evaluated at any given instant in conjunction with the opening behaviors of valve leaflets during a cardiac cycle. The regions of stasis and high shear stress can be found simultaneously by examining the entire view of the instantaneous velocity and Reynolds shear stress fields. It is known that high shear stress regions exist at the interface between strong axial jet flows along the wall and vortical flows in the central area distal to the valves. In addition. there are large stagnation or recirculation regions in the vicinity of the valve leaflet, where thrombus formation can be induced by accumulation of blood elements damaged in the high shear stress zones. A correlation between the unsteady flow patterns downstream of the valve and the corresponding opening postures of the polyurethane valve membrane gives useful data necessary for improved design of the frame structure and leaflet geometry of the polyurethane valve.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.1
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pp.37-46
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2017
Thermal Marangoni flow has been observed inside droplets on heated surfaces, finally resulting in a coffee stain effect. This study aims to visualize and control the thermal Marangoni flow by employing periodic vertical vibration. The variations in the contact angle and internal volume of the droplet as it evaporates is observed by using a combination of continuous light and a still camera. With regard to the internal velocity, the particle image velocimetry system is applied to visualize the internal thermal Marangoni flow. In order to estimate the internal temperature gradient and surface tension on the surface of a droplet, the theoretical model based on the conduction and convection theory of heat transfer is applied. Thus, the internal velocity increases with an increase in plate temperature. The flow directions of the Marangoni and gravitational flows are opposite, and hence, it may be possible to control the coffee stain effect.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.12
no.4
s.27
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pp.267-272
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2006
Butterfly valves have been used for shut-off and throttling-control application in many industrial fields. Recently, they are frequently used for cooling water, oil system and ballast piping system of many larger vessels. They are especially suited for flow throttling control of heat exchangers in engine room. Measurement by the PIV(Particle Image Velocimetry) was conducted to investigate the flow characteristics of butterfly valve inserted within circular pipe. Flow behaviors such as instantaneous and time-mean velocity vectors are investigated. Furthermore, to reveal systematic performance of the butterfly valve, wall pressure was measured at 6 points along the pipe by digital manometer. As the valve position moves to the closed side, flow separation increases and persists its tendency downstream until smoothly uniform flow developed. The pressure loss is found to be about zero for the disk open angles less than 45 degrees, but is substantially increased for those larger than 60 degrees.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.14
no.1
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pp.21-27
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2008
Triangular structure is used as basic shape of artificial structures for generating the upwelling current in order to make rich fishing ground at sea. Artificial upwelling current could bring the deep sea water containing a lot of nutrients from the bottom up to the surface. The purpose of this study is to examine the flow characteristics around underwater triangular structure with various stratification parameter. An experimental study was carried out for the triangular structure model in the circulating water channel to investigate flow characteristics by flow visualization method. A velocity fields around the underwater structure were measured by particle image velocimetry(PIV). The experimental results showed that the upwelling effect at the back and upper region of the structure could be best when the water depth was 2 times of the structure height and the stratification parameter was approximately 3.0. These quantitative data will be useful to determine the functional efficiency cf artificial upwelling structures.
Flow characteristics of the cylinder wake controlled with a small control cylinder were experimentally investigated by the PN (Particle Image Velocimetry) technique. Flow visualization of the flow around a circular cylinder was conducted in the Circulating Water Channel. The control cylinder having diameter of d=5mm, 10mm and 20mm was installed behind a circular cylinder of D=50mm. And the Reynolds number were $Re=4.9{\times}10^3,\;Re=9.9{times}10^3$ and $Re=1.9{\times}10^4$. In this study, the frequency characteristics of the controlled wake were analyzed by using spectral analysis of the measured wake velocity signals. As a result, the controlled wake had smaller vortex shedding frequency than that of circular cylinder wake by the effect of the control cylinder. Governing parameters of the flow control were d/D, and Reynolds number and they largely influenced the frequency characteristics of the cylinder wake. And vortex shedding frequency appeared most lowly at d=0.2D
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.5
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pp.359-367
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2018
The vortex ring state that occurs during the descending flight of a rotorcraft generates a circulating flow like a donut near the rotating surface, and it often causes a rotorcraft fall due to loss of thrust. In this paper, we have physically identified the flow field in the vortex ring state of the quadcopter, one of the types of unmanned aerial vehicles. The descending flight of the quadcopter was simulated in a 1m subsonic wind tunnel of the Korea Aerospace Research Institute(KARI) and the Particle Image Velocimetry(PIV) was used for the flow field measurement. The induced velocity in the hovering state is estimated by using the momentum theory and the test was carried out in the range of descent rate at which the vortex ring condition could be caused. The development and the direction of the vortex ring were confirmed by the measurement of the flow field according to not only the descent rate but also propeller separation distance. In addition, the results of the study show the vortex ring state can be predicted sufficiently by measuring the flow velocity around the quadcopter.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.10
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pp.1417-1426
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2001
Turbulent flow characteristics in the near wake of a square cylinder have been studied experimentally by using a Digital PIV method. Experiments are performed at the Reynolds numbers of 1600 and 3900 based on the free-stream velocity and the square height. The ensemble averaged turbulence statistics are acquired from 2030 realizations of instantaneous fluctuating velocity field after the conventional Reynolds decomposition. The differences in turbulent intensity and Reynolds shear stress profiles fur both oases indicate that the effect of Reynolds number seems to be descernible mainly due to the occurrence of transition in the separated shear layer. Because of the periodic nature of vortex shedding process, transverse velocity fluctuations contribute dominantly , to turbulent kinetic energy distribution. A comparison with previous LDV data obtained at much higher Reynolds number shows a fairly good agreement each other. It turns out that the effect of Reynolds number diminishes as increasing Reynolds number, which is a well-known feature of a sharp-edged bluff body wake. The streamwise variation of turbulence intensities are compared with those from a circular cylinder along the centerline at the same Reynolds number. The overall magnitudes and the decay rates of turbulence intensities are quite similar, but some differences are noticeble especially in the transverse intensity variation.
Park, Dong-Hun;Park, Seung-O;Kwon, Ki-Jung;Shim, Ho-Joon
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.12
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pp.1165-1172
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2009
The laminar boundary layer along a streamwise corner formed by two flat plates intersecting at right angle is measured by using Particle Image Velocimetry(PIV) technique. The free stream velocity ranges from 2.96m/s to 3.0m/s. The angle of incidence of the corner is set to 1.2 degree providing slightly favourable pressure gradient to ensure a laminar flow in the corner region. A round shape leading edge is used and the length of the model is about 1000mm. In the bisector plane, the measurement data show separation type velocity profiles having an inflection point which is a typical characteristic of laminar corner boundary layers. As the distance away from the bisector plane increases, velocity profiles are found to change into the Blasius profile. The change completes around half length of the boundary layer thickness in the bisector plane away from the bisector plane along the plate. In the bisector plane, the growth characteristic of the boundary layer thickness and the approximate similarity of velocity profiles are confirmed from the measurement data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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