Myung, Hwan-Joo;Baek, Je Hyun;Rew, Ho-Seon;Lee, In-Seop
유체기계공업학회:학술대회논문집
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유체기계공업학회 1999년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
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pp.227-233
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1999
Detailed Measurements were made to investigate the turbulence characteristics of a leakage vortex in an axial-flow fan using three-dimensional LDV. The turbulence in the leakage vortex has highly anisotropic characteristics with the radial value being the maximum. The turbulence intensity components in the vortex in the streamwise and tangential directions increase up to a certain downstrean position and then decrease. This increase is mainly due to the rapid decrease of the streamwise velocity of the vortex and partly due to the radial gradient of the streamwise velocity caused by a velocity deficit. As the vortex decays moving downstream, turbulence intensity also decrease gradually.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제24권1호
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pp.31-40
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2000
This paper describes the numerical computations of the interaction between the streamwise vortex and a flat plate 3-D turbulent boundary layer. In the present study, the main interest is in the behavior of the streamwise vortices introduced in turbulent boundary layers. The flow behind a vortex generator is modeled by the information that is avilable from studies on the dalta winglet. An algorithm of the solution of the incompressible Navier-Stokes equations for three-dimensional turbulent flows, together with a two layer turbulent model to resolve the near-wall flow, is based on the method of artificial compressibility. The present results show boundary layer distortion due to vortices, such as strong spanwise flow divergence and boundary thinning, and have a good agreement with the experimental data.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권1호
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pp.33-46
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2011
Concave surface boundary-layer flows are subjected to centrifugal instability which results in the formation of streamwise counter-rotating vortices. Such boundary layer flows have been experimentally investigated on concave surfaces of 1 m and 2 m radius of curvature. In the experiments, to obtain uniform vortex wavelengths, thin perturbation wires placed upstream and perpendicular to the concave surface leading edge, were used to pre-set the wavelengths. Velocity contours were obtained from hot-wire anemometer velocity measurements. The most amplified vortex wavelengths can be pre-set by the spanwise spacing of the thin wires and the free-stream velocity. The velocity contours on the cross-sectional planes at several streamwise locations show the growth and breakdown of the vortices. Three different vortex growth regions can be identified. The occurrence of a secondary instability mode is also shown as mushroom-like structures as a consequence of the non-linear growth of the streamwise vortices. Wall shear stress measurements on concave surface of 1 m radius of curvature reveal that the spanwise-averaged wall shear stress increases well beyond the flat plate boundary layer values. By pre-setting much larger or much smaller vortex wavelength than the most amplified one, the splitting or merging of the streamwise vortices will respectively occur.
An analytic approach is attempted to predict the amplification of turbulence in compressible flows experiencing one-dimensional and axisymmetric bulk dilatation. The variations of vortex radius and vorticity are calculated, and then the amplification of turbulence is obtained from them by tracking three representative vortices. For a one-dimensionally compressed flow, the present analysis slightly underestimates the amplification of velocity fluctuations and turbulent kinetic energy, relative to that of rapid distortion theory in the solenoidal limit. For an axisymmetrically distorted flow, the amplification of velocity fluctuations and turbulent kinetic energy depend not only on the density ratio but also on the ratio of streamwise mean velocities, which represents streamwise vortex contraction/stretching. In all flows considered, the amplification of turbulence is dictated by the mean density ratio. In the axisymmetric flow, streamwise vortex stretching/contraction, however, alters the amplification slightly.
The near wake behind a sinusoidal cylinder at Re=5200 has been investigated using DPIV system. The velocity fields, streamlines and vorticity contours of the mean flow were compared at the nodal, saddle and middle planes with those of a right circular cylinder. For the sinusoidal cylinder, the vortex core moves downstream and the vortex formation region is expanded in streamwise direction while suppressed in transverse direction at the nodal plane. At the saddle and the middle plane the vortex spread in both streamwise and transverse directions, forming the maximum vortex region at the saddle plane.
To better understand the vortex-induced vibration (VIV) characteristics of a 5:1 rectangular cylinder, the distribution of aerodynamic force and the non-dimensional power spectral density (PSD) of fluctuating pressure on the side surface were studied in different VIV development stages, and their differences in the stationary state and vibration stages were analyzed. The spanwise and streamwise correlations of surface pressures were studied, and the flow field structure partitions on the side surface were defined based on the streamwise correlation analysis. The results show that the variation tendencies of mean and root mean square (RMS) pressure coefficients are similar in different VIV development stages. The RMS values during amplitude growth are larger than those at peak amplitude, and the smallest RMS values are observed in the stationary state. The spanwise correlation coefficients of aerodynamic lifts increase with increase of the peak amplitude. However, for the lock-in region, the maximum spanwise correlation coefficient for aerodynamic lifts occurs in the VIV rising stage rather than in the peak amplitude stage, probably due to the interaction of vortex shedding force (VSF) and self-excited force (SEF). The streamwise correlation results show that the demarcation point positions between the recirculation region and the main vortex region remain almost constant in different VIV development stages, and the reattachment points gradually move to the tailing edge with increasing amplitude. This study provides a reference to estimate the demarcation point and reattachment point positions through streamwise correlation and phase angle analysis from wind tunnel tests.
한국가시화정보학회 2001년도 Proceedings of 2001 Korea-Japan Joint Seminar on Particle Image Velocimetry
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pp.86-99
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2001
Vortex lock-on or resonance in the flow behind a circular cylinder is investigated from a time-resolved PIV when a single frequency oscillation is superimposed on the mean incident velocity. Measurements are made of the $K\acute{a}rm\acute{a}n$ and streamwise vortices in the wake-transition regime at the Reynolds number 360. Streamwise vortices at the lock-on and natural shedding states are observed, as well as the changes in the wake region with the change of the shedding frequency of lock-on state. When lock-on occurs, the vortex shedding frequency is found to be half the oscillation frequency as expected from previous experiments. At the lock-on state, the $K\acute{a}rm\acute{a}n$ vortices are observed to be more disordered by the increased strength and spanwise wavelength of the streamwise vortices, which leads to a strong three-dimensional motion. Recirculation and vortex formation region at the lock-on state is reduced as the oscillating frequency is increased. By comparing the Reynolds stresses at the lock-on and natural shedding states, $\bar{u'u'}\;and \;\bar{u'u'}$ at the lock-on state are concentrated on the shear layer around the cylinder. The $\bar{u'u'}\;at\;f_o/f_n=2.0$ has a large value near the centerline, compared with that of other cases. Considering the traces of maximum of u', in the wake region near the cylinder, wake width at the lock-on state is wider than that at the natural shedding state.
Laminar flow over a cube near a plane wall is numerically investigated in order to understand the effects of the cube-wall gap on the flow characteristics as well as the drag and lift coefficients. The main focus is placed on the three-dimensional vortical structures and its relation to the lift force applied on the cube. Numerical simulations are performed for the Reynolds numbers between 100 and 300, covering several different flow regimes. Without a wall nearby, the flow at Re=100 is planar symmetric with no vortical structure in the wake. However, when the wall is located close to the cube, a pair of streamwise vortices is induced behind the cube. At Re=250, the wall strengthens the existing streamwise vortices and elongates them in the streamwise direction. As a result, the lift coefficients at Re=100 and 250 increase as the cube-wall gap decreases. On the other hand, without a wall, vortex shedding takes place at Re=300 in the form of a hairpin vortex whose strength changes in time. The head of hairpin vortex or loop vortex, which is closely related to the lift force, seems to disappear due to the nearby wall. Therefore, unlike at Re=100 and 250, the lift coefficient tends to decrease more or less as the cube approaches the wall.
Control of horseshoe vortex in the circular cylinder-plate juncture using vortex generator (VG) was studied at $Re_D$(where D is the diameter of the cylinder) = $2.05{\times}10^5$. Impact of a number of parameters e.g., the shape of the VG's, number of VG pairs (n), spacing between the VG and the cylinder leading edge (L), lateral gap between the trailing edges of a VG pair (g), streamwise gap between two VG pairs ($S_{VG}$) and the spacing between the two VG's in parallel arrangement ($Z_{VG}$) etc. were investigated on the horseshoe vortex control. The study is conducted using surface oil flow visualization and surface pressure measurements in low speed wind tunnel. It is observed that all the parameters studied have significant control effect, either by reduction in separation region or by lowering the adverse pressure along the symmetric axis upstream of the juncture.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제25권5호
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pp.1076-1085
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2001
Experimental investigations of the longitudinal vortices, which are produced by wing type vortex generators set up behind a circular cylinder in a rectangular channel, are presented. When the circular cylinder is set up in the rectangular channel, a horseshoe vortex is formed just upsteam of the circular cylinder. It generates a turbulent wake region behind the circular cylinder. Therefore, the region of the pressure loss behind the circular cylinder in increased and the size of the wake is small. These problems can be achieved by longitudinal vortices which are generated by wing-type vortex generator. In order to control the strength of longitudinal vortices, the angle of attack of the vortex generators is varied from 20 degree to 45, but the spacing between the vortex generators is fixed 6cm. The 3-dimensional mean velocity measurements are made using a five-hole probe. The vorticity field and streamwise velocity contour are obtained from the velocity field. The following results are obtained. Circulation strength is the maximum value when the angle of attack($\beta$) is $30^{\circ}$, and the vorticity field and streamwise velocity contour in case of $\beta$=$20^{\circ}$ show the trend similar to these in case of $\beta$=$30^{\circ}$, but do not in case of $\beta$=$45^{\circ}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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