The BARC flow is studied via Direct Numerical Simulation at a relatively low turbulent Reynolds number, with focus on the geometrical representation of the leading-edge (LE) corners. The study contributes to further our understanding of the discrepancies between existing numerical and experimental BARC data. In a first part, rounded LE corners with small curvature radii are considered. Results show that a small amount of rounding does not lead to abrupt changes of the mean fields, but that the effects increase with the curvature radius. The shear layer separates from the rounded LE at a lower angle, which reduces the size of the main recirculating region over the cylinder side. In contrast, the longitudinal size of the recirculating region behind the trailing edge (TE) increases, as the TE shear layer is accelerated. The effect of the curvature radii on the turbulent kinetic energy and on its production, dissipation and transport are addressed. The present results should be contrasted with the recent work of Rocchio et al. (2020), who found via implicit Large-Eddy Simulations at larger Reynolds numbers that even a small curvature radius leads to significant changes of the mean flow. In a second part, the LE corners are fully sharp and the exact analytical solution of the Stokes problem in the neighbourhood of the corners is used to locally restore the solution accuracy degraded by the singularity. Changes in the mean flow reveal that the analytical correction leads to streamlines that better follow the corners. The flow separates from the LE with a lower angle, resulting in a slightly smaller recirculating region. The corner-correction approach is valuable in general, and is expected to help developing high-quality numerical simulations at the high Reynolds numbers typical of the experiments with reasonable meshing requirements.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.6
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pp.773-778
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1997
The present study investigates the effect of the shear rate-dependent thermal conductivity of non-newtonian fluids on the heat transfer enhancement in a 2:1 rectangular duct flow. An axially-constant heat flux and a peripherally-constant temperature boundary conditions(H1) was adopted for a top-wall-heated configuration. The present numerical results of Nusselt numbers for SRDC(Separan) show heat transfer enhancement over those of SRIC. The Nusselt numbers increased linearly as Reynolds numbers increased. The heat transfer enhancement is due to an increased thermal conductivity near the wall, which is attributed to the shear rate-dependence.
The objective of the present simulations is to evaluate the applicability of the standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model in engineering practice in the subcritical to supercritical flow regimes. Two-dimensional numerical simulations of flow around a circular cylinder at $Re=1{\times}10^5$, $5{\times}10^5$ and $1{\times}10^6$, had been performed using Unsteady Reynolds-Averaged Navier Stokes (URANS) equations with the standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model. Solution verification had been studied by evaluating grid and time step size convergence. For each Reynolds number, several meshes with different grid and time step size resolutions were chosen to calculate the hydrodynamic quantities such as the time-averaged drag coefficient, root-mean square value of lift coefficient, Strouhal number, the coefficient of pressure on the downstream point of the cylinder, the separation angle. By comparing the values of these quantities of adjacent grid or time step size resolutions, convergence study has been performed. Solution validation is obtained by comparing the converged results with published numerical and experimental data. The deviations of the values of present simulated quantities from those corresponding experimental data become smaller as Reynolds numbers increases from $1{\times}10^5$ to $1{\times}10^6$. This may show that the standard $k-{\varepsilon}$ model with enhanced wall treatment appears to be applicable for higher Reynolds number turbulence flow.
Du, Xiaoqing;Jiang, Benjian;Dai, Chin;Wang, Guoyan;Chen, Suren
Wind and Structures
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v.26
no.2
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pp.57-68
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2018
Wind tunnel tests are conducted to investigate wake-induced vibrations of two circular cylinders with a center-to-center spacing of 4 diameters and attack angle varying from $0^{\circ}$ to $20^{\circ}$ for Reynolds numbers between 18,000 and 168,800. Effects of structural damping, Reynolds number, attack angle and reduced velocity on dynamic responses are examined. Results show that wake-induced vortex vibrations of the downstream cylinder occur in a wider range of the reduced velocity and have higher amplitudes in comparison to the vortex-induced vibration of a single circular cylinder. Two types of wake-induced instability phenomena with distinct dynamic characteristics are observed, which may be due to different generation mechanisms. For small attack angles like $5^{\circ}$ and $10^{\circ}$, the instability of the downstream cylinder characterizes a one-degree-of-freedom (1-DOF) oscillation moving in the across-wind direction. For a large attack angle like $20^{\circ}$, the instability characterizes a two-degree-of-freedom (2-DOF) oscillation with elliptical trajectories. For an attack angle of $15^{\circ}$, the instability can transform from the 1-DOF pattern to the 2-DOF one with the increase of the Reynolds number. Furthermore, the two instabilities show different sensitivity to the structural damping. The 1-DOF instability can be either completely suppressed or reduced to an unsteady oscillation, while the 2-DOF one is relatively less sensitive to the damping level. Reynolds number has important effects on the wake-induced instabilities.
Cho Ji Ryong;Hong Sang Pyo;Kim Geun Oh;Kim Yun Taek
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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1999.11a
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pp.127-138
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1999
In this study steady state solutions of cavity flows driven by two moving walls are studied. The north and east walls of the cavity are movable where as the remaining two walls are fixed in space. Numerical experiments for three different driving schemes for moving walls are done at two different Reynolds numbers of Re=40 and 400. The first scheme is to accelerate north and east walls simultaneously. In the second one, the north wall is started first and the east wall is accelerated later. In the third one the east wall starts first. It is usually expected that all these three cases yield the same steady state solution after sufficiently long time. However, present numerical experiments show that such a usual belief is valid only when the Reynolds number is low enough (Re=40). At higher Reynolds number (Re=400), the flow develops to three different steady states depending on the history of the boundary condition change.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.5
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pp.567-576
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1999
An experimental study has been conducted to investigate the effects of the free stream turbulence intensity and Reynolds number on the heat transfer and flow characteristics In the linear turbine cascade. Profiles of the time-averaged velocity, turbulence intensity, and Reynolds stress were measured in the turbine cascade passage. The static pressure and heat transfer distributions on the blade suction and pressure surfaces were also measured. The experiments were made for the Reynolds number based on the chord length, Rec = $2.2{\times}10^4$ to $1.1{\times}10^5$ and the free stream turbulence intensity, $FSTI_1$ = 0.6% to 9.1 %. The uniform heat flux boundary condition on the blade surface was created using the gold film Intrex and the surface temperature was measured by liquid crystal, while hot wire probes were used for the flow measurements. The results show that the free stream turbulence promotes the boundary layer development and delays the flow separation point on the suction surface. It was found that the boundary layer flows on the suction surface for all Reynolds numbers tested with $FSTI_1$ = 0.6% are laminar. It was also found that the heat transfer coefficient on the blade surface increases as the free stream turbulence intensity increases and the flow separation point moves downstream with an increasing Reynolds number. The results of skin friction coefficients are in good agreement with the heat transfer results in that for $FSTI_1{\geq}2.6%$, the turbulent boundary layer separation occurs.
Power consumption for paddle impeller in spherical and cylindrical agitated vessel was measured over a wide range of Reynolds number from laminar to turbulent flow regions. The power correlation was obtained for both spherical and cylindrical vessels, where the apparent diameter of the spherical vessel was equal to the diameter of the cylindrical vessel (height equal to its diameter and had the same volume as the spherical vessel). The power consumption well correlated with the experimental results of Nagata, et al. and Hixson-Baum. Also the critical Reynolds numbers was directly related to the transition coefficient $C_{tr}$ characterizing the transition from a laminar to a turbulent flow region in the correlation proposed here.
High-resolution simulations using vortex methods have been performed for simulating unsteady viscous flows around an impulsively started square cylinder. In order to investigate the phenomenon from laminar to transition flow, simulations are performed for Reynolds numbers 25, 50, 150 and 250. At extremely low Reynolds number, flow around a square cylinder is known to separate at the trailing edges rather than the leading edges. With an increase of Reynolds number, the flow separation at the leading edges will be developed. The main flow characteristics of developing recirculation region and separations from leading and trailing edges are studied with the unsteady behavior of the wake after the cylinder starts impulsively. A notable change in the flow evolution is found at Re=150, that is, it is shown that the flow separations begin at both leading and trailing edges of the square cylinder. On the other hand, when Re=250, the strong secondary vorticity from the rear surfaces of the square cylinder increases the drag coefficient as the primary vortex layer is pushed outwards. The comparisons between results of the present study and experimental data show a good consistency.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.9
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pp.729-737
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2006
Air-side forced convective heat transfer of a plate fin-tube heat exchanger is investigated by experimental measurement and numerical computation. The heat exchanger consists of staggered arrangement of refrigerant pipes of 10.2 m diameter and the pitch of fins is 3.5 m. In the experimental study, the forced convective heat transfer is measured at Reynolds number of 1082, 1397, 1486, 1591 and 1649 based on diameter of refrigerant piping and mean velocity. Average Nusselt number for the convective heat transfer coefficient is also computed for the same Reynolds number by commercial software of STAR-CD with standard $k-{\varepsilon}$ turbulent model. It is found that the relative errors of average Nusselt numbers between experimental and numerical data are less than 6 percentage in Reynolds number of $1082{\sim}1649$. The errors between experiment and other correlations are ranged from 7% to 32.4%. But the correlation of Kim at al is closest to the experimental data within 7% of the relative error.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.3
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pp.282-290
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2013
A primary air pollutant as an indicator of air quality released from incomplete combustion is Carbon monoxide. A study of the distributions of CO concentration with no heat source in a tunnel model closed at left end side is simulated with a commercial CFD code. The tunnel model is used to investigate the CO concentration distributions at three Reynolds numbers of 990, 1970, and 3290. which are computed by the inlet velocities of 0.3, 0.6 and 1.0 m/s. The CFD predictive approaches can be useful for a better design to analyze the distributions of CO concentrations. In the case of the tunnel model closed at left end side alone, the concentration changes of x/H=-5 and -2.5 have the similar laminar characteristics like the case of the tunnel model closed at both end sides expecially at low values of Reynolds number. Irregular average CO concentration variations at Re=1790 are considered that the transition from laminar to turbulent flow occurs even in three different tunnel models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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