Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.2
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pp.101-109
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2024
In this study, the characteristics of wind pressure distribution on circular retractable dome roofs with a low rise-to-span ratio were analyzed under various approaching flow conditions by obtaining and analyzing wind pressures under three different turbulent boundary layers. Compared to the results of previous studies with a rise-to-span ratio of 0.1, it was confirmed that a lower rise-to-span ratio increases the reattachment length of the separated approaching flow, thereby increasing the influence of negative pressure. Additionally, it was found that wind pressures varied significantly according to the characteristics of the turbulence intensity. Based on these experimental results, a model for peak net pressure coefficients for cladding design was proposed, considering variations in turbulence intensity and height.
The turbulent shear flaw around a surface-mounted vertical wall was investigated using the two-frame PIV(CACTUS 3.1) system. From this study, it is revealed that at least 500 instantaneous velocity field data are required for ensemble average to get reliable turbulence statistics, but only 200 field data are sufficient for the time-averaged mean velocity information The flow has an unsteady recirculation region post vertical wall with bottom gap, followed by a slow relaxation to the fiat-plate boundary layer flow. The time-averaged reattachment length estimated from the streamline distribution is about x/H=3H. The large eddy structure in the separated shear layer seems to have signification influence on the development of the separated shear layer and the reattachment process.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.1
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pp.178-189
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1989
An experimental study has been performed to study the effect of the base slant angle of a 1/10 scale two-dimensional vehicle-like body on its wake flow including the recirculating region, where the simplified shape of the body has been originated from a profile of a domestic passenger car. In the case of a Reynolds number based on the length of the model R=7.96*10$^{5}$ , the surface pressure coefficient, the mean velocity and the turbulent stresses have been measured, while the flow visualization technique using wool tuft has been adopted as well. When the base slant angle of the model is 15.deg., the free stream flowing parallel to the slant is observed to be separated from the lower edge of the slant, thus forming the smallest recirculating region. When the base slant angles are 30.deg. and 45.deg., the free streams are separated from the upper edge of the slant and the sizes of the recirculating zones are observed to be almost the same as when the base slant angle is 0.deg. From these observations, it is conjectured that between the base slant angles of 15.deg. and 30.deg. there exists a critical angle at which the size of the recirculating region becomes minimum and as the slant angle becomes larger than this critical angle the separation line moves along the slant towards the rear edge of the roof. Through the flow visualization technique, the existence of the two counter-rotating bubbles in the recirculating region has been clearly observed and verified.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.236-245
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2021
In this study, direct numerical and large eddy simulations of transitional flows around studs were conducted to investigate the effectiveness of turbulence stimulators at very low speeds for the minimum propulsion power condition of four knots. For simplicity, the studs were assumed to be installed on a flat plate, while the wake was observed up to 0.23 m downstream behind the second stud. For applicability to a model ship, we also studied the flow characteristics behind the first and second studs installed on a curved plate, which was designed to describe the geometry of a bulbous bow. A laminar-to-turbulent transition was observed in the wake at ReD ≥ 921 (U∞≥0.290 m/s), and the wall shear stress at ReD = 1162 (U∞ = 0.366 m/s) in the second wake was similar to that of the fully developed turbulent boundary layer after a laminar-to-turbulent transition in the first wake. At ReD = 581 (U∞ = 0.183 m/s), no turbulence was stimulated in the wake behind the first and second studs on the flat plate, while a cluster of vortical structures was observed in the first wake over the curved plate. However, a cluster of vortical structures was revealed to be generated by the reattachment process of the separated shear layer, which was disturbed by the first stud rather than directly initiated by the first stud. It was quite different from a typical process of transition, which was observed at relatively high ReD that the spanwise scope of the turbulent vortical structures expanded gradually as it went downstream.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.1
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pp.1-8
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2003
The heat transfer and flow measurements on a cylindrical pedestal mounted on a flat surface with a turbulent impinging jet were made. The experiments were made for the jet Reynolds number of Re = 23,000, the dimensionless nozzle-to-surface distance of L/d = 2~10, the dimensionless pedestal height of H/D = 0~1.5. Measurements of the surface temperature and the Nusselt number distributions on the plate surface were made using liquid crystal and shroud-transient technique. Flow measurements involve smoke flow visualization and the wall pressure coefficient. The results show that the wall pressure coefficient sharply decreases along the upper surface of the pedestal. However, the pressure increases when the fluid escapes from the pedestal and then collides on the plate surface. The secondary maxima in the Nusselt numbers occur in the region of 1.0 $\leq$ r/d $\leq$ 1.9. Their values for the case of H/D = 0.5 are maximum 80% higher than those for other cases. The formation of the secondary maxima may be attributed to the reattachment of flow on the plate surface which was separated at the edge of the pedestal.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.7
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pp.939-947
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1997
An experimental study of the skin friction measurement in a turbulent boundary-layer has been carried out. The skin friction measurements are made using the laser interferometer skin friction (LISF) meter, which optically detects the rate of thinning of an oil applied to the test surface. This technique produces reliable skin friction data over a wide range of flow situations up to 3-dimensional complicated flows with separation, where traditional skin friction measurement techniques are not applicable. The present measured data in a turbulent boundary-layer on a flat plate using the LISF technique shows a good comparison with the result from the previous velocity profile techniques, which proves the validity of the present technique. An extensive error analysis is carried out for the present technique yielding an uncertainty of about .+-.8%, which makes them suitable for CFD code validation purposes. Finally the measurements of the skin friction in a separated region after a surface-mounted obstacle are also presented.
The transient response of an airfoil to a rapidly deploying spoiler is numerically investigated using the turbulent compressible Navier-Stokes equations in two dimensions. Algebraic Baldwin-Lomax model, Wilcox $\kappa-\omega$ model, and SST $\kappa-\omega$ turbulence model are used to calculate the unsteady separated flow due to the rapid spoiler deployment. The spoiler motion relative to a stationary airfoil is treated by an overset grid hounded by a Dynamic Domain-Dividing Line which has been devised by the authors. The adverse effects of the spoiler influenced by the spoiler location and the hinge gap are expounded. The numerical results are in reasonably good agreement with the existing experimental data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.8
s.227
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pp.953-960
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2004
In this study, the effects of freestream turbulence intensity on laminar-turbulent transition of separated shear layers in the wake of a circular cylinder are investigated using an immersed boundary method and LES. It is shown that the present numerical results without freestream turbulence for Re=3,900 based on bulk mean velocity and the cylinder diameter are in good agreement with other authors' experimental observations and numerical results, verifying our numerical methodology. Then a 'prescribed power spectrum' method is imposed to generate isotropic turbulence at the inlet of the computational domain at each time step. The principal effects of freestream turbulence intensity on flow statistics are investigated for Re=3,900. Statistical study reveals that the Reynolds stresses in the near-wake region gradually increase, and transition occurs further upstream, as the turbulence intensity increases. On the other hand, the bubble size behind the cylinder decreases as the turbulence intensity increases, which indicates that the freestream turbulence helps mean velocity be quickly recovered.
As wind flows around a sharp-edged body, the resulting separated flow becomes complicated, with multiple separations and reattachments as well as vortex recirculation. This widespread and unpredictable phenomenon has long been studied academically as well as in engineering applications. In this study, the flow characteristics around rectangular prisms with five different aspect ratios were determined through wind tunnel experiments and a detached eddy simulation, that placed the objects in a simulated deep turbulent boundary layer at $Re=4.6{\times}10^4$. A series of rectangular prisms with the same height (h = 80 mm), different longitudinal lengths (l = 0.5h, h, and 2h), or different transverse widths (w = 0.5h, h, and 2h) were employed to observe the effects of the aspect ratio. Furthermore, five wind directions ($0^{\circ}$, $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$, and $45^{\circ}$) were selected to observe the effects of the wind direction. The simulated results of the surface pressure were compared to the wind tunnel experiment results and the existing results of previous papers. The vortex and spectrum were also analyzed to determine the detailed flow structure around the body. The paper also highlights the pressure distribution around the rectangular prisms with respect to the different aspect ratios. With an increasing transverse width, the surface suction pressure on the top and side surfaces becomes stronger. In addition, depending on the wind direction, the pressure coefficient experiences a large variation and can even change from a negative to a positive value on the side surface of the cube model.
Numerical simulations of free surface flow over a broad-crested rectangular weir are conducted by using the volume of fraction (VOF) method and three different turbulence models, the k-${\varepsilon}$, RNG k-${\omega}$ and k-${\omega}$ SST models. The governing equations are solved by a second-order accurate finite volume method and the grid sensitivity study of solutions is carried out. The numerical results are evaluated by comparing the solutions with experimental and numerical results of Kirkgoz et al. (2008) and some non-dimensionalized experimental results obtained by Moss (1972) and Zachoval et al. (2012). The results show that the present numerical model can reasonably reproduce the experimental results, while three turbulent models yield different numerical predictions of two distinct zones of flow separation, the first zone is in front of the upstream edge of the weir and the second is created immediately behind the upstream edge of the weir where the flow is separated to form the separation bubble. The standard k-${\varepsilon}$ model appears to significantly underestimate the size of both separation zones and the k-${\omega}$ SST model slightly over-estimates the first separation zone in front of the weir. The RNG k-${\varepsilon}$ model predicts both separation zones in overall good agreement with the experimental measurement, while the k-${\omega}$ SST model yields the best numerical prediction of separation bubble at the upstream edge of the weir.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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