Kargarmoakhar, Ramtin;Chowdhury, Arindam G.;Irwin, Peter A.
Wind and Structures
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v.20
no.2
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pp.327-347
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2015
This paper investigates the effects of Reynolds number (Re) on the aerodynamic characteristics of a twin-deck bridge. A 1:36 scale sectional model of a twin girder bridge was tested using the Wall of Wind (WOW) open jet wind tunnel facility at Florida International University (FIU). Static tests were performed on the model, instrumented with pressure taps and load cells, at high wind speeds with Re ranging from $1.3{\times}10^6$ to $6.1{\times}10^6$ based on the section width. Results show that the section was almost insensitive to Re when pitched to negative angles of attack. However, mean and fluctuating pressure distributions changed noticeably for zero and positive wind angles of attack while testing at different Re regimes. The pressure results suggested that with the Re increase, a larger separation bubble formed on the bottom surface of the upstream girder accompanied with a narrower wake region. As a result, drag coefficient decreased mildly and negative lift coefficient increased. Flow modification due to the Re increase also helped in distributing forces more equally between the two girders. The bare deck section was found to be prone to vortex shedding with limited dependence on the Re. Based on the observations, vortex mitigation devices attached to the bottom surface were effective in inhibiting vortex shedding, particularly at lower Re regime.
A numerical study based on a delayed detached eddy simulation (DDES) is conducted to investigate the aerodynamic mechanism behind the suppression of vortex-induced vibrations (VIVs) of twin box girders by central grids, which have an inhibition effect on VIVs, as evidenced by the results of section model wind tunnel tests. The mean aerodynamic force coefficients with different attack angles are compared with experimental results to validate the numerical method. Next, the flow structures around the deck and the aerodynamic forces on the deck are analyzed to enhance the understanding of the occurrence of VIVs and the suppression of VIVs by the application of central grids. The results show that shear layers are separated from the upper railings and lower overhaul track of the upstream girder and induce large-scale vortices in the gap that cause periodical lift forces of large amplitude acting on the downstream girder, resulting in VIVs of the bridge deck. However, the VIVs are apparently suppressed by the central grids because the vortices in the central gap are reduced into smaller vortices and become weaker, causing slightly fluctuating lift forces on the deck. In addition, the mean lift force on the deck is mainly caused by the upstream girder, whereas the fluctuating lift force is mainly caused by the downstream girder.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.6
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pp.21-30
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2008
In this study, to evaluate the aerodynamic stability of suspension bridge hanger ropes, the wind tunnel tests are carried out. It is found that the vortex induced vibration is detected only in single PE-coated PWS cable case. And the wake galloping is occurred in twin cables spaced $3\sim6$ cable diameters of cable center to center when the incidence angle of wind is only zero degree. In case of other incidence angles of wind except zero degree, the wake galloping or the wake flutter are showed in twin cables even outside range of the bounds of $3\sim6$ cable diameters. CFRC cable shows very stable for the twin cables regardless of the distance between two cables, and also for various incidence angles of wind. Thus the characteristic of CFRC rope overwhelms one of PWS cable in aerodynamic stability.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.628-640
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2021
To investigate the supercavity geometry and gas flow structure for the supercavities with two closure types under the different flow conditions, an inhomogeneous multiphase model with the SST turbulence model was established, and validated by experimental results. The results show that two distinct regions exist inside the supercavity, which include the downstream flow region along the gas-water interface and the reverse flow region. For the twin-vortex supercavity, the internal gas leaks from the supercavity boundary by two paths: the supercavity surface and the two-vortex tubes. Increasing Froude number leads to more internal gas stripped from the supercavity surface. Two types of gas loss exist for the re-entrant jet supercavity with high Froude number, one type is the steady process of gas loss, and the major gas-leaking path is the supercavity surface rather than supercavity closure region. The other type is the unsteady periodic ejection, and the gas cluster of periodic ejection is merely a small part of the gas stored inside the supercavity.
The twin impulse wave leads to very complicated flow fields, such as Mach stem, spherical waves, and vortex ring. The twin impulse wave discharged from the exits of the two tubes placed in parallel is investigated to understand detailed flow physics associated with the twin impulse wave, compared with those in a single impulse wave. In the current study, the merging phenomena and propagation characteristics of the impulse waves are investigated using a shock tube experiment and by numerical computations. The Harten-Yee's total variation diminishing (TVD) scheme is used to solve the unsteady, two-dimensional, compressible, Euler equations. The Mach number $M_{s}$, of incident shock wave is changed below 1.5 and the distance between two-parallel tubes, L/d, is changed from 1.2 to 4.0. In the shock tube experiment, the twin impulse waves are visualized by a Schlieren optical system for the purpose of validation of computational work. The results obtained show that on the symmetric axis between two parallel tubes, the peak pressure produced by the twin-impulse waves and its location strongly depend upon the distance between two parallel tubes, L/d and the incident shock Mach number, $M_{s}$. The predicted Schlieren images represent the measured twin-impulse wave with a good accuracy.
Two-dimensional Delayed Detached Eddy Simulation (DDES) was carried out to investigate the uniform flow over a twin-box bridge deck (TBBD) with various gap ratios of L/C=5.1%, 12.8%, 25.6%, 38.5%, 73.3% and 108.2% (L: the gap-width between two girders, C: the chord length of a single girder) at Reynolds number, Re=4×104. The aerodynamic coefficients of the prototype deck with gap ratio of 73.3% obtained from the present simulation were compared with the previous experimental and numerical data for different attack angles to validate the present numerical method. Particular attention is devoted to the fluctuating pressure distribution and forces, shear layer reattachment position, wake velocity and flow pattern in order to understand the effects of gap ratio on dynamic flow interaction with the twin-box bridge deck. The flow structure is sensitive to the gap, thus a change in L/C thus leads to single-side shedding regime at L/C≤25.6%, and co-shedding regime at L/C≥35.8% distinguished by drastic changes in flow structure and vortex shedding. The gap-ratio-dependent Strouhal number gradually increases from 0.12 to 0.27, though the domain frequencies of vortices shedding from two girders are identical. The mean and fluctuating pressure distributions is significantly influenced by the flow pattern, and thus the fluctuating lift force on two girders increases or decreases with increasing of L/C in the single-side shedding and co-shedding regime, respectively. In addition, the flow mechanisms for the variation in aerodynamic performance with respect to gap ratios are discussed in detail.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.12
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pp.962-968
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2014
The lattice Boltzmann method(LBM) has attracted attention as an alternative numerical algorithm for solving fluid mechanics since the end of the 90's. In these days, its intrinsic unsteadiness and rapid increase in computing power make the LBM be more applicable for computing flow-induced noise as well as fluid dynamics. The lattice Boltzmann method is a weakly compressible scheme, so we can get information about both aerodynamics and aeroacoustics from single simulation. In this paper, numerical analysis on Aeolian tone noise generated by tandem-twin square cylinders in duct is performed using the LBM. For simplicity, laminar two-dimensional fluid models are used. To verify the validity and accuracy of the current numerical techniques, numerical results for the laminar duct and the cylinder flows are compared with the analytical solution and the measurement, respectively. Then, aerodynamic noise of the twin tandem square cylinders is investigated. It is shown that the aerodynamic noise from the twin tandem square cylinders can be reduced by controlling the distance between the cylinders.
The flow around free end of a finite circular cylinder(FC) embedded in an atmospheric boundary layer has been investigated experimentally. The experiments were carried out in a closed-return type subsonic wind tunnel with varying aspect ratio of the finite cylinder mounted vertically on a flat plate. The wake structures behind a 2-D cylinder and a finite cylinder located in a uniform flow were also measured for comparison. Reynolds number based on the cylinder diameter was about Re=20,000. A hot-wire anemometer was employed to measure the wake velocity and the mean pressure distributions on the cylinder surface were also measured. The flow past the FC free end shows a complicated three-dimensional wake structure and flow phenomenon is quite different from that of 2-D cylinder. The three-dimensional flow structure was attributed to the downwashing counter rotating vortices separated from the FC free end. As the FC aspect ratio decreases, the vortex shedding frequency is decreased and the vortex formation length is increased compared to that of 2-D cylinder. Due to the descending counter-rotating twin-vortex, in the region near the FC free end, regular vortex shedding from the cylinder is suppressed and the vortex formation region is hardly established. In the wake center region, the mean velocity for the FC located in atmospheric boundary layer has large velocity deficit, compared to that of uniform flow.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.7
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pp.69-74
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2003
By employing vane tip concept, a new rotor blade (NRSB-I) has been designed to enhance the noise characteristics of BERP blade. Numerical analyses have been performed for hovering rotor and the results are compared with respect to those of original BERP blade. Although the thrust of designed rotor decreases by 6-7% due to cutout at the tip region, the results indicate that the actual performance loss is negligible because power reduction is greater than thrust loss. It is also found that aerodynamic fence is required at the outboard kink to obtain clearly separated twin-vortices because the vortex generated at kink is diffused during the convection over the blade surface.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.117-124
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2004
The mixing enhancement is one of the most important problems for the development of scramjet engines. The influence of the streamwise vortices produced by a ramp in a unheated supersonic flow on the mixing of twin jets injected from its base was experimentally investigated. Nominal Mach number of the main airstream and of the twin jets at the nozzle exits were 2.35 and 2.0, respectively. Three dimensional velocity distributions near the ramp with and without injection were measured by Particle Image Velocimetry (PIV). A pair of counter rotating streamwise vortices could be seen behind the injector without injection. On the other hand, two pairs of streamwise vortices could be seen with injection. The outer one had the same direction as the vortex pair produced by the ramp, but they were stronger than those produced by the ramp. The inner ones had the opposite directions to the outer ones. It is considered that these vortices enhance the mixing near the injector.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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