Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.10
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pp.1273-1283
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1997
Experiments of shock wave/turbulent boundary layer interaction were conducted by using a supersonic wind tunnel. Nominal Mach number was varied in the range of 1.6 to 3.0 by means of different nozzles. The objective of the present study is to investigate the effects of boundary layer flow bleed on the interaction flow field in a straight tube. Two-dimensional slits were installed on the tube walls to bleed the turbulent boundary layer flows. The bleed flows were measured by an orifice. The ratio of the bleed mass flow to main mass flow was controlled within the range of 11 per cent. The wall pressures were measured by the flush mounted transducers and Schlieren optical observations were made for almost all of the experiments. The results show that the boundary layer flow bleed reduces the multiple shock waves to a strong normal shock wave. For the design Mach number of 1.6, it was found that the normal shock wave at the position of the silt was resulted from the main flow choking due to the suction of the boundary layer flow.
The main objective of this study is to investigate experimentally the two-phase flow characteristics in terms of the direct contact condensation of a steam-water stratified flow in a horizontal rectangular channel. Experiments were performed for both air-water and steam-water flows with a cocurrent flow configuration. This work presents the local temperature and velocity distributions in a water layer as well as the interfacial characteristics of both condensing and noncondensing fluid flows. The gas superficial velocity varied from 1.2 m/s to 2.0 m/s for air and from 1.2 m/s to 2.8 m/s for steam under a fixed inlet water superficial velocity of 0.025 m/s. Some advanced measurement methods have been applied to measure the local characteristics of the water layer thickness, temperature, and velocity fields in a horizontal stratified flow. The instantaneous velocity and temperature fields inside the water layer were measured using laser-induced fluorescence and particle image velocimetry, respectively. In addition, the water layer thickness was measured through an ultrasonic method.
The unsteady supersonic flow over two- and three-dimensional cavities has been analyzed by the integration of unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) with the k-$\omega$ turbulence model. The unsteady flow is characterized by the periodicity due to the mutual relation between the shear layer and the internal flow in the cavity. An explicit 4th order Runge-Kutta scheme and an upwind TVD scheme based on the flux vector split with the van Leer limiters are used for time and space discritizations, respectively. The cavity has a L/D ratio of 3 for two-dimensional case, and same L/D and W/D ratio of I for three-dimensional case. The Mach and Reynolds numbers are 1.5 and 450000 respectively. In the three-dimensional flow, the field is observed to oscillate in the 'shear layer mode' with a feedback mechanism that follows Rossiter's formula. In the two-dimensional simulation, the self-sustained oscillating flow has more violent fluctuation inside the cavity. The primary fluctuating frequencies of two- and three- dimensional flow agree very well with the 2nd mode of Rossiter's frequency. In the three-dimensional flow, the 1st mode of frequency could be seen.
Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
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1995.10a
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pp.9-12
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1995
The Korea Strait becomes deeper than 200 m from south to north in general except coastal area, whereas its southern part is shallower than 125 m except for a deep trough (Fig.1). The flow in the Korea Strait could be simplified as two layers (Isobe, 1995); the Tsushima Warm Water in the upper layer and the Korea Strait Bottom Cold Water (KSBCW) in the lower layer (Fig.2). (omitted)
The purpose of this study is not only to investigate the effects of air layer in the turbine chamber on the performance and internal flow of the cross-flow turbine, but also to suggest a newly developed air supply method. Field test is performed in order to measure the output power of the turbine by a new air supply method. CFD analysis on the performance and internal flow of the turbine is conducted by an unsteady state calculation using a two-phase flow model in order to embody the air layer effect on the turbine performance effectively. The result shows that air layer effect on the performance of the turbine is considerable. The air layer located in the turbine runner passage plays the role of preventing a shock loss at the runner axis and suppressing a recirculation flow in the runner. The location of air suction hole on the chamber wall is very important factor for the performance improvement. Moreover, the ratio between air from suction pipe and water from turbine inlet is also significant factor of the turbine performance.
In a laboratory model the response of the boundary layer flow over topography is studied in a rotating sliced cylinder by employing the source-sink analogy with Ekman layer dynamics. The boundary layer flow is produced by two different fluid. In the first experiment homogeneous fluid is used both for the source and the working fluid of the container. In the second experiment a denser fluid is used for the source with the same working fluid. For the homogeneous western boundary layer flow both the northward and the southward flow were affected by the topography(ridge) to produce a cyclonic motion near the ridge. When woughward moving heavy boundary flow of slower speed and the northward moving faster flow were present at the same time, the splitting of southward flow and the separating of the northward flow were observed with a cyclonic motion at the ridge. The most important factor that influence production of the cyclonic motion has been turned out to be the presence of the topography in the western boundary layer. In particular the role of the southward moving heavy flow over the interior flow pattern was found to be very significant.
We consider long nonlinear waves in the two-layer flow of an inviscid and incompressible fluid bounded above by a free surface and below by a rigid boundary. The flow is forced by a bump on the bottom. The derivation of the forced KdV equation fails when the density ratio h and the depth ratio ρ yields a condition 1+hρ=(2-h)((1-h)²+4ρh)/sup 1/2/. To overcome this difficulty we derive a forced modified KdV equation by a refined asymptotic method. Numerical solutions are given and hydraulic fall solution of a two layer fluid is expressed analytically in the case that derivation of the forced KdV(FKdV) equaition fails.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.9
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pp.1229-1237
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1998
Experiments of shock-wave/turbulent boundary layer interaction were conducted by using a supersonic wind tunnel. Nominal Mach number was varied in the range of 1.6 to 3.0 by means of different nozzles. The objective of the present study is to investigate the effects of boundary layer suction on normal shock-wave oscillations caused by shock wave/boundary layer interaction in a straight duct. Two-dimensional slits were installed on the top and bottom walls of the duct to bleed turbulent boundary layer flows. The bleed flows were measured by an orifice. The ratio of the bleed mass flow to main mass flow was controlled below the range of 11 per cent. Time-mean and fluctuating wall pressures were measured, and Schlieren optical observations were made to investigate time-mean flow field. Time variations in the shock wave displacement were obtained by a high-speed camera system. The results show that boundary layer suction by slits considerably reduce shock-wave oscillations. For the design Mach number of 2.3, the maximum amplitude of the oscillating shock-wave reduces by about 75% compared with the case of no slit for boundary layer suction.
The unsteady supersonic flow over two- and three-Dimensional cavities has been analyzed by the integration of unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) with the k - w turbulence model. The unsteady flow is characterized by the periodicity due to the mutual relation between the shear layer and the internal flow in cavities. Numerical method is upwind TVD scheme based on the flux vector split with the Van Leer limiters, and time accuracy is used explicit 4th stage Runge-Kutta scheme. Cavity flows are Comparison of two- and three-dimensional. The cavity has a L/D ratio of 3 for two-dimensional case. and same L/D and W/D ratio is 1 for three-dimensional case. The Mach and Reynolds numbers are held constant at 1.5 and 450000 respectively. For the three-dimensional case, the flow field is observed to oscillate in the 'shear layer mode' with a feedback mechanism that follow Rossiter's formula. On the other hand, the self-sustained oscillating flow transitions to a 'wake mode' for the two-dimensional simulation, with more violent fluctuations inside the cavity.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.12
no.4
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pp.459-472
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1996
An experimental investigation on the wind flow over smooth bell-shaped two-dimensional hills with hill slopes (the ratio of height to half width) of 0.3 and 0.5 is performed in an atmospheric boundary-layer wind tunnel. Two categories of the models are used in the present investigation; six two-dimensional single-hills, and four continuous double-hills. The measurements of the flow field and surface static-pressure distribution are carried out over the Reynolds number (based on the hill height) of 1.9 $\times 10^4, 3.3 \times 10^4, and 5.6 \times 10^4$. The velocity profiles and turbulence characteristics are measured by the pitot-tube and X-type hot-wire anemometer, respectively. The undisturbed boundary-layer profile on the bottom surface of the wind tunnel is reasonably consistent with the power-law profile with $\alpha = 7.0 (1/\alpha$ is the power-law exponent) and shows good spanwise uniformities. The profiles of turbulent intensity are found to be consistent along the centerline of the wind tunnel. The measured non-dimensional speed-up profiles at the hill crest show good agreements with the predictions of Jackson and Hunt's linear theory. The flow separation occurs in the hill slope of 0.5, and the oil-ink dot method is used to find the reattachment points in the leeside of the hill. The measured reattachment points are compared with the numerical predictions. Comparisons of the mean velocity profiles and surface pressure distributions between the numerical predictions and the experimental results show good agreements.
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