Discrete vortex method was applied for simulating an active control of turbulent leading- edge separation bubble. The leading-edge separation zone was perturbed by a time-dependent sinusoidal perturbation of different frequencies and levels. In order to describe the local sinusoidal perturbation at the separation point, a source pulsation vortex technique was proposed. The present two-dimensional vortex simulations were qualitatively compared with the experimental results for a blunt circular cylinder, where perturbation was introduced along the square-cut leading edge of the cylinder $(Kiya et al.^{(6,7)}).$ It was found that the reattachment length attained a minimum point at low levels of perturbation and two minima at a moderate higher perturbation frequency. The effects of local perturbation on the evolution of leading-edge separation bubble were scrutinized by comparing the perturbed flow with the natural flow. These comparisons were made for the distributions of mean velocity and its velocity fluctuations, intermittency and wall velocity. The motions of instantaneous reattachment in the space-time domain were demonstrated, which were also compared with the experimental findings. In order to investigate the reduction mehanism of reattachment length in the separation bubble, various cross-correlations for velocity and pressure and the relevant convection velocities were evaluated. It was observed that the convection velocity was closely associated with its corresponding pulsationg frequency.
POD (proper orthogonal decomposition) is applied to turbulent leading-edge separation bubble to extract coherent structures. A two-dimensional leading-edge separation bubble is simulated by discrete-vortex method, where a time-dependent source forcing is incorporated. Based on the wealth of numerical data, POD is applied in a range of the forcing amplitude ( $A_{o}$ = 0, 0.5, 1.0 and 1.5) and forcing frequency (0 .leq. $f_{F}$H/ $U_{\infty}$.leq. 0.3). It is demonstrated that the structures of POD have noticeable changes with local forcings. In an effort to investigate the mechanism of decreasing reattachment length, dynamic behaviors of the expansion coefficients and contributions of the eigenfunctions of POD are scrutinized. As the forcing amplitude increases, the large-scale vortex structures are formed near the forcing amplitude increases, the large-scale vortex structures are formed near the separation point and the flow structures become more organized and more regular, accompanying with the reduction of reattachment length. By further inverstigation of POD global entropy, it is seen that the reattachment length is closely linked to the degree of organization of the flow structures.es.s.
This study is to analyze turbulent flow over a backward-facing step in a rectangular duct. The side wall effects on the internal flow were determined by varying the aspect ratio(defined as the step span-to-height ratio) from 1 to 20. In the flow behind a backward-facing step, separation, recirculation and redeveloping is occurred frequently. These phenomena appear in a particular variation by varying the aspect ratio. The results show that the aspect ratio has an influence on the velocity and reattachment length. When the AR is increased, the reattachment length is increased. For 6 over aspect ration, the rate of increase is decreased. The length of recirculation in the upper corner is increased, as the increase of aspect ration. It's width is not changed in the variation of aspect ration. The transverse, streamwise and spanwise velocities were decreased along the flow down stream of the step.
In the present study, effects of tree-stream turbulence and surface trip wire on the flow past a sphere at $Re\;=\;0.4\;{\times}\;10^5\;{\sim}\;2.8\;{\times}\;10^5$ are investigated through wind tunnel experiments. Various types of grids are installed upstream of the sphere in order to change the tree-stream turbulence intensity. In the case of surface trip wire, 0.5mm and 2mm trip wires are attached from $20^{\circ}\;{\sim}\;90^{\circ}$ at $10^{\circ}$ interval along the streamwise direction. To investigate the flow around a sphere, drag measurement using a load cell, surface-pressure measurement, surface visualization using oil-flow pattern and near-wall velocity measurement using an I-type hot-wire probe are conducted. In the variation of free-stream turbulence, the critical Reynolds number decreases and drag crisis occurs earlier with increasing turbulence intensity. With increasing Reynolds number, the laminar separation point moves downstream, but the reattachment point after laminar separation and the main separation point are fixed, resulting in constant drag coefficient at each free-stream turbulence intensity. At the supercritical regime, as Reynolds number is further increased, the separation bubble is regressed but the reattachment and the main separation points are fixed. In the case of surface trip wire directly disturbing the boundary layer flow, the critical Reynolds number decreases further with trip wire located more downstream. However, the drag coefficient after drag crisis remains constant irrespective of the trip location.
Experimental investigation on the characteristics of the air flow around a square prism located in a uniform flow with various angles of attack was carried out. Experimental results were obtained for the angle of attack from 0 .deg. to 45 .deg. and for Reynolds No. from $2.6{\times}^4$to $12.8^4$. Seperation and reattachment was occurred on the forward face (face AB). Reattachment phenomenon was not developed in the range of attack angle lower 13 .deg. . But, for the range, 13 .deg. .approx. 35 .deg. , the reattachment developed and its position was moved forward the angle of attack increases. Pressure distributions on the reattachment face has a maxium at the reattachment point and a minimum at the separation point. Pressurea on two back faces are nearly symmetric in spite of the changes of the angle of attack and are influenced by the turbulence in rearward flow field.
복합지형을 지나는 박리흐름(separated flows)들이 와도 이론에 의해 모델링 되었다. 흐름은 비회전성 및 비점성으로 가정하였으며, 선형 시어흐름에 대한 유선함수를 결정하기 위해 새로운 기법이 기술되었다. 지형지물의 형태로는 snow cornice과 backward-facing step을 정의하였으며, 이러한 지형지물의 후미에는 유체의 박리현상과 역류현상(reattachment)이 생긴다. 유체의 박리현상이 지형지물의 가장자리에 발생되게 하기 위해 점 와도를 흐름에 발생시켰고, 지형지물의 가장자리에 있는 뾰족한 부분을 완화하고 최대곡률 부근에서의 섭동운동에 중요한 박리흐름 발생지점의 구속조건을 없애기 위해 conformal mapping을 수정하였다. 와도 발생지점에서 와도를 평형으로부터 이동시키거나, 또는 임의의 섭동을 초기흐름에 가하는 방식으로 섭동을 가하여 비정상흐름을 발생시켰다. 박리지점의 풍상측에서 연속적으로 방출되고, 또한 bubble의 이차순환에 의해 변형된 물질의 궤적들이 수치적으로 적분되었으며, 시간에 대한 농도누적이 역류지점의 풍하측 고정된 지점에서 계산되었다. 본 연구에 사용된 모델은 방출물질의 확산형태와 간헐성을 제대로 다룰 수 있음을 알 수 있으며, 이산적인 방법에 의한 다중-와도모델 및 수치모델의 결과들과도 일치한다. 본 연구에 의하면, 박리 및 역류현상이 있는 유체의 흐름 속에 순환하는 bubble들의 비정상상태(unsteadiness)는 풍하측에서 대규모의 고농도 누적을 일으키는 주요 원인이다.
From surface flow visualization on a MIRA notchback reference model using oil flow technique, the topology of the singular points of the skin friction lines are delineated. Separation and reattachment lines at the front screen, at the A-pillar, at the C-pillar and on the rear side of the car including the trunk have been identified. It is worth to mention that two vortices emerging from the top of the trunk coil in the opposite direction as that vortices starting from the C-pillar edge. The positions of the singular points and the separation and reattachment lines and the foci of the vortices provide a sensitive database for validation of CFD-codes
An experimental study on the flow over the axisymmetric backward-facing step was carried out. The purpose of the present study is to investigate the effect of the boundary layer thickness at the separation point on the reattachment length and to understand the structure of the recirculating flows. Local mean and fluctuating velocity components were measured in the separating and reattaching axisymmetric turbulent boundary layer over the wall of convex cylinder placed in a water tunnel by using 2-color 4-beam fiber optics laser Doppler velocimetry. The study demonstrated that the reattachment length increases with increasing boundary layer thickness. It was also observed that the reverse flow velocity and turbulent kinetic energy decrease with an increase in the momentum thickness at the separation point. The measured velocity field suggests that the boundary layer thickness at the separation can affect definitely on the formation of corner eddy.
Investigating Backward-Facing Step(BFS) flow is important in that it is a representative case for separation flows in various engineering flow systems. There have been a wide range of experimental, theoretical, and numerical studies to investigate the flow characteristics over BFS, such as flow separation, reattachment length and recirculation zone. However, most of such previous studies were concentrated only on the perpendicular step angle. In this study, several numerical investigations on the flow pattern over BFS with various step angles (10° ~ 90°) and expansion ratios (1.48, 2 and 3.27) under different Reynolds numbers (5000 ~ 64000) were carried out, mainly focused on the reattachment length. The numerical simulations were performed using an open source 3D CFD software, OpenFOAM, in which the velocity profiles and turbulence intensities are calculated by RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes equation) and 3D LES (Large Eddy Simulation) turbulence models. Overall, it shows a good agreement between simulations and the experimental data by Ruck and Makiola (1993). In comparison with the results obtained from RANS and 3D LES, it was shown that 3D LES model can capture much better and more details on the velocity profiles, turbulence intensities, and reattachment length behind the step for relatively low Reynolds number(Re < 11000) cases. However, the simulation results by both of RANS and 3D LES showed very good agreement with the experimental data for the high Reynolds number cases(Re > 11000). For Re > 11000, the reattachment length is no longer dependent on the Reynolds number, and it tends to be nearly constant for the step angles larger than 30°.) Based on the calibrated and validated numerical simulations, several additional numerical simulations were also conducted with higher Reynolds number and another expansion ratio which were not considered in the experiments by Ruck and Makiola (1993).
Flow and scalar dispersion around Cheomseongdae are numerically investigated using a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model with the renormalization group (RNG) $k-{\varepsilon}$ turbulence closure scheme. Cheomseongdae is an ancient astronomical observatory in Gyeongju, Korea, and is chosen as a model obstacle because of its unique shape, that is, a cylinder-shaped architectural structure with its radius varying with height. An interesting feature found is a mid-height saddle point behind Cheomseongdae. Different obstacle shapes and corresponding flow convergences help to explain the presence of the saddle point. The predicted size of recirculation zone formed behind Cheomseongdae increases with increasing ambient wind speed and decreases with increasing ambient turbulence intensity. The relative roles of inertial and eddy forces in producing cavity flow zones around an obstacle are conceptually presented. An increase in inertial force promotes flow separation. Consequently, cavity flow zones around the obstacle expand and flow reattachment occurs farther downwind. An increase in eddy force weakens flow separation by mixing momentum there. This results in the contraction of cavity flow zones and flow reattachment occurs less far downwind. An increase in ambient wind speed lowers predicted scalar concentration. An increase in ambient turbulence intensity lowers predicted maximum scalar concentration and acts to distribute scalars evenly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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