Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.1
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pp.28-35
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2002
In cavity flow, the rectangular step generates so strong sound that many researchers have investigated method to suppress the nois during interaction between vortical flow and rectangular forward step. In this study the flow noise from the vortex motion in two-dimentional low Mach number flow past a forward step with various chamfering angle is calculated numerically. Inviscid incompressible discrete vortex model and matched asymptotic expansion(MAE) theory are applied to obtain the inner flow field and the outer noise field. Both source acoustic pressure and sound intensity are obtained with various chamfering height, chamfering angle and initial vortex position. The pressure amplitude is most suppressed when the chamfering angle is between $15^{\circ}C$ and $30^{\circC}$ at the chamfering length of 30% of the step height.
The unsteady evolution of trailing vortex sheets behind wings in close formation flight near the ground is simulated using a discrete vortex method. The ground effect is included by an image method. The method is validated by comparing computed results with other numerical results. For a lifting line with an elliptic loading, the ground has an effect of moving wingtip vortices laterally outward and suppressing the development of vortex evolution. The gap between wings in close formation flight has an effect of moving up wingtip vortices facing each other. For wings flying in parallel, the ground effect causes the wingtip vortices facing each other to move up, and it makes the opposite wing tip vortices to move laterally outward. When there is a relative height between the wings in ground effect, right-hand side wingtip vortices from a mothership move laterally inward.
Vortex tube is a thermal static device that separates compressed air into hot and cold streams. In general, the cooling efficiency of vortex tubes is lower than that of traditional air conditioning equipment and vortex tubes are mainly used for industrial spot cooling applications because of their quick responses. In this study, conical frustums are employed in the nozzle chamber to improve the cooling performance. Conical frustums can be used to decrease the ineffective mass fraction that directly passes through the cold exit without energy separation. The shape optimization of conical frustums has been performed using full factorial design. It is found that the height of frustums has the largest main effects on the cooling performance. Computational results show that the cooling performance can be increased by about 10% within the considered range of the design parameters. This is because the ineffective mass fraction toward the cold exit is decreased by about 20%.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.25
no.3
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pp.182-188
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2016
This study investigates cavity flows through a guide grill above a resonator. Vortex distributions and intake flows are simulated for various shapes of the guide grill. The flows are assumed to be compressible, unsteady, and turbulent. Numerical simulations are conducted using a large eddy simulation (LES) model. To analyze the effect of the guide grill shape, three cavity lengths (0.2H, 0.6H, and 1.0H) and cavity angles ($30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$) are considered based on resonator height (H). The results show that the vortex generated in the resonator by cavity flow increases with cavity length. Thus, the intake flow is minimum at the smallest cavity length and angle. However, when cavity length is equal to resonator height, the intake flow decreases. The maximum intake flow occurs at a cavity angle $45^{\circ}$ at higher cavity lengths owing to the interaction between the vortex in the resonator and intake flow.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.7
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pp.918-927
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1999
In the fully developed internal flow fields, there are complex transition flows caused by interaction of the cross flow and jet when jet is Injected Into the flow. These interactions are studied by means of the flow visualization methods. An instantaneous laser tomographic method is used to reveal the physical mechanism and the structure of vortices formation in the branch pipe flow. The velocity range of cross flow of the pipe is 0.7m/s and the corresponding Reynolds number $R_{cf}$, based on the duct height is $5.6{\times}10^3$, diameter/height ratios(d/H) 0.14 and velocity ratios 3.0. Oil mist with the size of $10{\mu}m$ diameter is used for the scattering particle. The instantaneous topological features of the vortex ring roll-up of the jet shear layer and characteristics of this flow are studied in detail by performing flow visualization in rectangular duct flow. It is found that the formation and roll-up of ring vortices is a periodic phenomenon. The detailed topology of the vortices in the near field of a cross -flow jet and the mechanism associated with them give enforced hints of vortex breakdown within the vortex system due to the interaction of the jet and the cross-flow.
To model the aeroelasticity in vortex-induced vibrations (VIV) of slender tubular towers, this paper presents an approach where the aerodynamic damping distribution along the height of the structure is calculated not only as a function of the normalized lateral oscillation but also considering the local incoming wind velocity ratio to the critical velocity (velocity ratio). The three-dimensionality of aerodynamic damping depending on the tower's displacement and the velocity ratio has been observed in recent studies. A contour map model of aerodynamic damping is generated based on the forced vibration tests. A sectional calculation procedure based on the spectral method is developed by defining the aerodynamic damping locally at each increment of height. The proposed contour map model of aerodynamic damping and the sectional calculation procedure are validated with full-scale measurement data sets of a rotorless wind turbine tower, where good agreement between the prediction and measured values is obtained. The prediction of cross-wind response of the wind turbine tower is performed over a range of wind speeds which allows the estimation of resulting fatigue damage. The proposed model gives more realistic prediction in comparison to the approach included in current standards.
Numerical and wind tunnel simulations of pollutant dispersion around rectangular obstacles with five aspect ratios have been conducted in order to identify the effects of flow patterns induced by buildings on plume dispersion in the near wake of buildings. An emission from a low source located upwind of obstacles was used in this simulation. The local flow patterns and concentrations around a cubical obstacle were initially investigated using three RANS turbulence models, (the standard $k-{\varepsilon}$, Shear Stress Transport (SST), Reynolds-Stress RSM turbulence model) and also using Large-eddy simulation (LES). The computed concentrations were compared with those measured in the wind tunnel. Among the three turbulence models, the SST model offered the best performance and thus was used in further investigations. The results show, for normal aspect ratios of width to height, that concentrations in the near wake are appreciably affected because of plume capture by the horseshoe vortex and convection by the vertical vortex pairs. These effects are less important for high aspect ratios. Vertical vortex pairs present a strong ability to exchange mass vertically and acts efficiently to reduce ground-level concentrations in the near wake.
The wake shapes behind wings in formation flight are very important to the aerodynamics and performances of aircrafts. In the present study, a discrete vortex methood is extended to handle the wake rollups behind multiple wings. It was found that the relative distance between the wings and the rotational direction of the wingtip vortices have significant effect on the movement of the wingtip vortices. When the wings are close to each other, the wingtip vortices moved faster than the wings of large relative distances. The vortex pair of opposite signs generated from each wingtip has an effect of moving the wingtip vortices upward. The relative height between the wings has an effect of moving the wingtips along the centerline of each vortex. The wakeshape behind multiple wings is a function of the relative distances and thus is dependent on the configuration of the formation flight. In the futhre, a study on the vortex movement pattern will be studied.
To improve the aerodynamic efficiency of Smart Unmanned Aerial Vehicle (SUAV), vortex generators and flow fence are applied on the surface and the tip of wing. The initially applied vortex generator increased maximum lift coefficient and delayed the stall angle while it produced excessive increase in drag coefficient. It turns out reduction of the airplane's the lift/drag ratio. The new vortex generators with L-shape and two different height, 3mm and 5mm, were used to TR-S4 configuration to maintain the desired level of maximum lift coefficient and drag coefficient. Flow fence was also applied at the end of both wing tip to reduce the interaction between nacelle and wing when nacelle tilting angles are large enough and produce flow separation. To examine the effect of flow fence, flow visualization and force and moment measurements were done. The variation of the aerodynamic characteristics of SUAV after applying flow control devices are summarized.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.12
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pp.1674-1680
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2002
An experimental study was made of a large-scale vortical structure over a backward-facing step. The Reynolds number based on the step height was R $e_{H}$ =33,000. To recognize the large-scale vortex, three components of velocity were measured. The measurements were performed in the recirculation zone (x/H=4.0) and the reattachment zone(x/H=7.5). To measure the wall pressure fluctuations in a turbulent flow over a backward-facing step, a 32-channel microphone array was installed beneath the wall in the streamwise and spanwise directions. From the measured pressure field, the size of large-scale vortex was obtained. As a detailed study, a conditionally-averaging technique was employed to characterize the coherent structure of the large-scale vortex. To see the relationship between the flow field and the relevant spatial mode of the pressure field, the spatial box filtering (SBF) was examined. A cross-correlation between velocity and pressure fluctuations was performed to identify the structure and the length scale of the large-scale vortex.x.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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