The open-channel flow with submerged vegetation shows distinct features in two separate regions, namely upper and vegetation layers. In the upper layer, the flow is akin to the open-channel flow, while the flow in the vegetation layer is relatively uniform with suppressed turbulence due to vegetation stems. This paper presents laboratory experiments to investigate the characteristics of turbulent flows and suspended sediment transport in open-channel flows with submerged vegetation. An open-channel facility, 0.5 m wide and 12 m long, was used for laboratory experiments. Various discharges were employed with depth ratios of 2~3, and wooden cylinders were used for vegetation. To make equilibrium suspension, sediment particles of median diameter of 75 ${\mu}M$ were fed until capacity condition. Laser Doppler velocimeter was used to measure instantaneous velocity, and direct sampling with vinyl tube was used to measure the concentration of suspended sediment. Using the sampled data, the mean flow and turbulence structures were provided and characteristics of suspended sediment concentration with Rouse number were presented.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.10
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pp.1940-1954
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1992
Fine grid computations were attempted to analyze the turbulent flows in the near wall low Reynolds number region and the numerical analyses were incorporated by a finite-volume discretization with full find grid system and low Reynolds number k-.epsilon. model was employed in this region. For the improvement of low Reynolds number k-.epsilon. model, modification coefficient of eddy viscosity $f_{\mu}$ was derived as a function of turbulent Reynolds number $R_{+}$ and nondimensional length $y^{+}$ from the concept of two length scales of dissipation rate of turbulent kinetic energy. The modification coefficient $f_{\epsilon}$ in .epsilon. transport equation was also derived theoretically. In the turbulent kinetic energy equation, pressure diffusion term was added in order to consider low Reynolds number region effect. The main characteristics of this low Reynolds number k-.epsilon. model were founded as : (1) In high Reynolds number region, the present model has limiting behavior which approaches to the high Reynolds number model. (2) Present low Reynolds number k-.epsilon. model dose not need additional empirical constants for the transport equations of turbulent kinetic energy and dissipation of turbulent kinetic energy in order to consider wall effect. Present low Reynolds number turbulence model was tested in the pipe flow and obtained improved results in velocity profiles and Reynolds stress distributions compared with those from other k-.epsilon. models.s.s.
In this paper a computation of turbulent natural convection in enclosures with the elliptic-blending based differential and algebraic flux models is presented. The primary emphasis of the study is placed on an investigation of accuracy of the treatment of turbulent heat fluxes with the elliptic-blending second-moment closure for the turbulent natural convection flows. The turbulent heat fluxes in this study are treated by the elliptic-blending based algebraic and differential flux models. The previous turbulence model constants are adjusted to produce accurate solutions. The proposed models are applied to the prediction of turbulent natural convections in a 1:5 rectangular cavity and in a square cavity with conducting top and bottom walls, which are commonly used for validation of the turbulence models. The relative performance between the algebraic and differential flux model is examined through comparing with experimental data. It is shown that both the elliptic-blending based models predict well the mean velocity and temperature, thereby the wall shear stress and Nusselt number. It is also shown that the elliptic-blending based algebraic flux model produces solutions which are as accurate as those by the differential flux model.
A numerical study on a quantitative analogy of the fully developed flow between in a straight square duct rotating about an axis perpendicular to that of the duct and a stationary curved duct of square cross-section is carried out. In order to clarify the similarity of two turbulent flows, the dimensionless parameters $K_{TR} = Re^{1/4}/\sqrt{Ro}$ and the Rossby number, Ro, in a rotating straight duct flow were used as a set corresponding to $K_{TC} = Re^{1/4}/\sqrt{{\lambda}}$ and curvature ratio, ${\lambda}$, in a stationary curved duct flow so that they have the same dynamical meaning as $K_{LR} = Re/\sqrt{Ro}$ and $K_{LC} = Re/\sqrt{{\lambda}}$ of the fully developed laminar flows. For the large values of Ro or A, it is shown that the flow field satisfies the asymptotic invariance property: there are strong quantitative similarities between the two flows such as flow patterns and friction factors for the same values of $K_L$ and $K_T$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.9
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pp.1227-1238
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2000
This study examines the effects of the discretization schemes on numerical solutions of viscoelastic fluid flows. For this purpose, a temporally evolving mixing layer, a two-dimensional vortex pair interacting with a wall, and a turbulent channel flow are selected as the test cases. We adopt a fourth-order compact scheme (COM4) for polymeric stress derivatives in the momentum equations. For convective derivatives in the constitutive equations, the first-order upwind difference scheme (UD) and artificial diffusion scheme (AD), which are commonly used in the literature, show most stable and smooth solutions even for highly extensional flows. However, the stress fields are smeared too much and the flow fields are quite different from those obtained by higher-order upwind difference schemes for the same flow parameters. Among higher-order upwind difference schemes, a third-order compact upwind difference scheme (CUD3) shows most stable and accurate solutions. Therefore, a combination of CUD3 for the convective derivatives in the constitutive equations and COM4 for the polymeric stress derivatives in the momentum equations is recommended to be used for numerical simulation of highly extensional flows.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.6
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pp.1669-1678
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1990
The annular and coaxial swirl flows between which LPG is supplied was selected to study the swirling flames in double co-swirl flows. The objective of this study is to research into the effects of double co-swirl flow conditions on the stability limit, the reverse flow boundary, and the time mean temperature distributions of the swirling flames. The increase of swirl intensity of axial flow makes the stability limit decrease, but the annular swirl flow (SM>0.5) makes stability and swirl intensity of axial flow increase, And the existence of axial swirl flow makes flame intensive and small in size, and this may be applicable to the design of high power compact combustor.
This article presents an application of a large-scale structural mixing model (Broadwell et al. 1984) to the blowout of turbulent reacting jets discharging perpendicularly into an unconfined cross air-flow. In an analysis of a common stability curve, a plausible explanation can be made that the phenomenon of blowout is related only to the mixing time scale of the two flows. The most notable observation is that the blowout distance is traced at fixed positions at all times according to the velocity ratio R. Measurements of the lower blowout limits in the liftable flame agree qualitatively with the blowout parameter ${\varepsilon}$, proposed by Broadwell et al. Good agreement between the results calculated by a modified blowout parameter ${\varepsilon}^'$ and experimental results confirms the important effect of a large-scale structure in specifying the stabilization feature of blowouts.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.6
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pp.874-887
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1998
A 2-frame PTV (particle tracking velocimetry) system using the concept of match probability between two consequent image frames has been developed to obtain instantaneous velocity fields. The overall 2-frame PTV system including image pre-processing, tracking algorithm and post-processing routine was implemented to apply to real flows. The developed 2-frame PTV system has several advantages such as high recovery ratio of velocity vectors, low error ratio and small computational time compared with the conventional 4-frame PTV and the FFT-based cross-correlation PIV technique. The 2-frame PTV system was applied to a turbulent channel flow over a rectangular block to check its reliability and usefulness. Total 96 sequential image frames have been captured and processed to get both mean and fluctuating velocity vector fields over the recirculating region. The mean velocity and turbulent intensity profiles were well agreed with hte LDV measurements in the separated region behind the block. Time-averaged reattachment length is about 6.3 times of the block height.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.1
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pp.1-8
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2000
A modified low-Reynolds-number Reynolds stress model is developed for the calculation of drag-reducing turbulent flows induced by polymer injection. The results without polymer injection are compared with the results of direct numerical simulation to ensure the validity of the basic model. In case of drag reduction, profiles of mean velocity and Reynolds stress components, in two-dimensional channel flow, obtained with a proper value of viscosity ratio are presented and discussed. Computed mean velocity profile is in very good agreement with experimental data. And, the qualitative behavior of Reynolds stress components with the viscosity ratio is also reasonable.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.4
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pp.1102-1115
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1995
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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