A systematic set of low-speed wind tunnel experiments was performed at Re = 6.5×104 and 1.1×105 to study the mean wind loading experienced by surface-mounted finite-height square prisms for different aspect ratios, incidence angles, and boundary layer thicknesses. The aspect ratio of the prism was varied from AR = 1 to 11 in small increments and the incidence angle was changed from α = 0° to 45° in increments of 1°. Two different boundary layer thicknesses were used: a thin boundary layer with δ/D = 0.8 and a thick boundary layer with δ/D = 2.0-2.2. The mean drag and lift coefficients were strong functions of AR, α, and δ/D, while the Strouhal number was mostly influenced by α. The critical incidence angle, at which the prism experiences minimum drag, maximum lift, and highest vortex shedding frequency, increased with AR, converged to a value of αc = 18° ± 2° once AR was sufficiently high, and was relatively insensitive to changes in δ/D. A local maximum value of mean drag coefficient was identified for higher-AR prisms at low α. The overall behaviour of the force coefficients and Strouhal number with AR suggests the possibility of three flow regimes.
The three-dimensional turbulent cascade flows with and without endwall fences are numerically investigated by solving the incompressible Navier-Stokes equations with a high-Reynolds number $k-{\varepsilon}$ turbulence closure model. A projection method based algorithm is used in the finite-volume formulation, with the second order upwind-differencing scheme for the convective terms. First, assessments on accuracy of the present method are made by comparing the static pressure distributions at the mid-span of the cascade with measured data, and also by confirming the experimental observations on the choice of an optimal fence height for the secondary flow control. In understanding the three-dimensional nature of the secondary flow in turbine cascade, the limiting streamline patterns and the static pressure contours at the suction surface of the blade as well as on the cascade endwall are employed to visualize the effectiveness of the endwall fence for the secondary flow control. Analysis on the streamwise vorticity contour maps along the cascade with the three-dimensional representation of their iso-surfaces reveals the strucuture of the complicated vortical flow in the turbine cascade with endwall fence, and also leads to an understanding on formation of the counter-rotating streamwise vortex over the endwall fence, in explaining the mechanisms of controlling the secondary flow and also for the proper selection of an optimal fence height.
This work numerically investigates the effects of Reynolds number ReD (= 100 - 150), cross-sectional aspect ratio AR = ( 0.25 -1.0), and attack angle α (= 0° - 90°) on the forces, Strouhal number, and wake of an elliptical cylinder, where ReD is based on the freestream velocity and cylinder cross-section height normal to the freestream flow, AR is the ratio of the minor axis to the major axis of the elliptical cylinder, and α is the angle between the cylinder major axis and the incoming flow. At ReD = 100, two distinct wake structures are identified, namely 'Steady wake' (pattern I) and 'Karman wake followed by a steady wake (pattern II)' when AR and α are varied in the ranges specified. When ReD is increased to 150, an additional wake pattern, 'Karman wake followed by secondary wake (pattern III)' materializes. Pattern I is characterized by two steady bubbles forming behind the cylinder. Pattern II features Karman vortex street immediately behind the cylinder, with the vortex street transmuting to two steady shear layers downstream. Inflection angle αi = 32°, 37.5° and 45° are identified for AR = 0.25, 0.5 and 0.75, respectively, where the wake asymmetry is the greatest. The αi effectively distinguishes the dependence on α and AR of force and vortex shedding frequency at either ReD. In Pattern III, the Karman street forming behind the cylinder is modified to a secondary vortex street. At a given AR and α, ReD = 150 renders higher fluctuating lift and Strouhal number than ReD = 100.
Turbulent boundary-layer over a micro-riblet film(MRF) was investigated experimentally. The MRF has sharp V-shaped micro scale grooves of $300{\mu}m$ in width and $176.8{\mu}m$ in height. Particle image velocimetry(PIV) system was employed to measure velocity fields of flow over the MRF coated plate. Flow over a smooth plate was also measured for comparison. The PIV measurements were taken in the streamwise wall-normal planes at Re$\theta$= 985 and 2342. Vortex structures of the flow were analyzed by extracting the swirling strength as an unambiguous vortex-identification criterion. As a result the number of spanwise vortices with clockwise(negative) rotation decreases rapidly in the near-wall region(y<0.2h), but decreases slowly in the outer region(0.2h
Kim, Tae-Yoon;Lee, Bo-Sung;Lee, Dong-Ho;Kohama, Y.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.6
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pp.1-7
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2005
Incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $\varepsilon{-SST}$ turbulence model are adopted for the investigation of the flow fields between the square cylinder and the ground. When the grounds moves, the diminish of the shear layer intensity on the ground promotes the interaction between the lower and the upper separated shear layer of the cylinder. Hence vortex shedding occurs at the lower gap height than stationary ground. In the moving ground, the secondary shedding frequency disappears due to the absence of the separation bubble on the ground which exists in the stationary ground. In addition, the shedding frequency and aerodynamic coefficients in the moving ground become higher than those of the stationary ground.
Three-dimensional numerical study is performed for the flow analysis around the rolling stock with square cross section (Mugungwha train model). The height (H) of rolling stock is considered as the characteristic length and the total length of rolling stock is 40 which correspond to 1/2 unit of rolling stock. The gap between the surface and rolling stock is 0.17H which is average value. The relative velocity between the surface and rolling stock is assumed to be zero and Re=10,000 based on the characteristic length. Low Re ${\kappa}-{\epsilon}$[15] is employed for the calculation of turbulence which resolve all the way to the solid surface (laminar sub-layer). Large flow separation occurred at the front head of train and a pair of vortex is generated on both top and side of rolling stock. The behavior of vortices on the top of the rolling stock is believed to affect the performance of the pantograph which should be intensively investigated. The difference between the high pressure in the front stagnation region of train and the low pressure in the rear separated region causes a large pressure drag. A large pair or vortex are generated in the rear of train and the size of vortex is increased more than the size of cross section of train.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.1
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pp.13-19
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2016
The flow-excited Helmholtz resonance phenomenon was investigated numerically using Reynolds averaged Navier-Stokes approach. The fundamental cause of the Helmholtz resonance phenomenon is known as shedding of a single discrete vortex from orifice edge that travels during one period of the oscillation. In this study, serrated deflector, which is biomimetic design of the owl's feather, is used to split a single vortex into small vortices. Rectangular deflector and serrated deflector are compared with numerical results of pressure and streamline inside the cavity. Consequently, the serration breaks the shedding period of vortex core and eliminates the resonance. Also, it changes the flow pattern in according to the location of different serration height. By making inflows and outflows occur simultaneously in spanwise direction in the cavity, the period of Helmholtz resonance disappears. Comparing between rectangular deflector and serrated deflector, the serrated deflector can deal with the Helmholtz resonance more effectively.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.9
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pp.829-836
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2009
3-Dimensional flow which is represented by horseshoe vortex is generated as a type of secondary flow about the main flow. As well, it causes the flow loss. The present study deals with the leading edge fence shape on a wing-body junction to decrease a horseshoe vortex, one of the main factors to generate the secondary flow losses. The shape of leading-edge fence was optimized with the design variables of the installed height, length, width, and thickness of the fence as the design variables. Approximate optimization design method is used as the optimization. The study was investigated using $FLUENT^{TM}$ and $iSIGHT^{TM}$. Total pressure coefficient of the optimized design case was decreased about 7.5 % compare to the baseline case.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.4
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pp.86-100
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1998
The impingement of the fuel spray on the wall within the combustion chamber in compact high-pressure injection engines and on the intake port wall in port-fuel-inje- ction type engines is unavoidable. It is important to understand the characteristics of impinging spray because it influences on the rate of fuel evaporation and droplet distrib- ution etc. In this study, the numerical study for the characteristics of spray/wall interaction is performed to test the applicability and reliability of spray/wall impingement models. The impingement models used are stick model, reflect model, jet model and Watkins and Park's model. The head of wall-jet eminating radilly outward from the spray impingement site contains a vortex. Small droplets are deflected away from the wall by the stagnation flow field and the gas wall-jet flow. While the larger droplets with correspondingly higher momentum are impinged on the wall surface and them are moved along the wall and are rolled up by wall-jet vortex. Using the Watkins and Park's model the predicted results show the most reasonable trend. The rate of increase of spread and the height of the developing wall-spray is predicted to decrease with increased ambient pressure(gas density).
The objective of this study is to document the secondary flow and the total pressure loss distribution in the contoured endwall installed linear turbine cascade passage and to propose an appropriate height of the contoured endwall which shows the best loss reduction among the simulated contoured endwall. In this study, three different contoured endwalls have been tested which have different height. This study was performed by numerical method and the result showed the contoured endwall which has the height of $5\%$ of the axial chord showed the best loss reduction rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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