A numerical simulation was conducted to analyze the interaction of flame and vortices. The characteristic scales of flame and vortices were limited in the thin laminar flamelet regime. Within this regime, flame is assumed as discontinuity surface and its motion in flow field was described by G-equation instead of full governing equations. Additional approximations include distribution of line volume sources on flame surface to simulate effect of volume expansion. Contrast to previous calculations, current study employed vortex transport equation to evaluate attenuation and smearing of vortices. Two extreme conditions of frozen vortex and frozen flame were considered to validate the current method. Comparison with direct numerical simulation resulted in satisfactory quantitative agreement with higher computational efficiency which warrants the usefulness of the present model in more complex situation.
When a circular cylinder is placed at the center of a slot burner nozzle, once stable Woflhard-Parker type laminar lean premixed flame is changed to an oscillating flame with self-induced noise. The wrinkled flame surface showed the same pattern and frequency of the Karman vortex street at the downstream of a circular cylinder. The interaction of flame with Karman vortex street is observed to be responsible for flame oscillation. The measured flame oscillation frequency is very similar to the estimated Karman vortex shedding frequency based on the St-Re relationship of the flow past circular cylinder, which could be considered as a strong evidence for the interaction between laminar pre-mixed flame and a Karman vortex street. As Reynolds number increases oscillation frequency decreases and the self-induced noise level increases as well as the flame front is more severly wrinkled. This result suggests that the flame/vortex interaction becomes more active at higher Re.
An experimental study is conducted to investigate the interaction of vortices over a delta wing with leading edge extension(LEX) through the off-surface flow visualization and the 5-hole probe measurements of the wing wake region. Especially, the application of a new visualization technique is employed by ultrasonic humidifier water droplet and laser beam sheet. The results, both the off-surface visualization and the 5-hole probe, show that LEX tends to stabilize the vortices of the delta wing up to the high angle of attack even though the model is yawed. With increasing yaw, the windward leading edge vortex moves inward, and closer to the wing surface, while the leeward vortex moves outwards and away from the wing surface. The vortex interaction is promoted in the windward side, and is delayed in the leeward side.
The dynamic structures of unsteady CH$_4$/Air jet diffusion flame with a flame-vortex interaction were numerically investigated. A timed-dependent, axisymmetric computational model and a low mach number approximation were employed in the present calculation. A two-step global reaction mechanism which considers 6 species, was used to calculate the reaction rates. The predicted results including the gravitational effect show that the large outer vortices and the small inner vortices can be well simulated without any additional disturbances near nozzle tip. It was found that the temperature and species concentrations have deviated values even for the same mixture fraction in the flame-vortex interaction region. It was also shown that the flame surface is not deformed by the inner vortex in upstream region, while in downstream region, the flame surface is compressed or stretched by the outer vortex roll-up. The present unsteady jet flame configuration accompanying a flame-vortex interaction is expected to give good implications for the unsteady structures of turbulent flames.
Far field acoustic pressure from the evolution and interaction of three-dimensional vortex filament is calculated numerically. A vortex ring is a typical example of the three-dimensional vortex filament. An elliptic vortex ring emits a strong sound signal due to significant distortion and stretching of the vortec filament. The far field acoustic pressure is linearly dependent on the third time derivatives of the vortex positions. A numerical scheme of high resolution is employed to describe in detail the elliptic vortex ring motions which ar highly nonlinear. Descretized vortex filaments are interpolated by using a parametric blending function to remove a possible numerical instability. The distorted vortex filament, owing to the self-induced and the induced velocity from the other vortex segments, is redistributed at each time step. The accuracy and efficiency of the scheme are validated by comparisons with the analytic solution of circular vortex ring interaction.
In the idealized model problem of the interaction between a planar travelling shock and a symmetric vortex, the physics of shock distortion and quadrupole sound generation are well known to many researchers. However, the authors have distinguished the weak waves reflected and transmitted by the complicated photograph images obtained from a shock tube experiment. In this paper, we introduces a parametric study based on Navier-Stokes simulation and Rankin vortex model to see the difference of shock deformation shapes. Four combination of the strength of shock and vortex are respectively selected from a parameter plane of shock and vortex strength extended to the strong vortex region. The result shows clearly discernable wave morphology for the main parameters, which is not yet explicitly mentioned by other researchers.
The flow and acoustic fields due to a vortex ring interaction with a rigid sphere are simulated numerically. The flow field is regarded as three-dimensional inviscid and incompressible. The vorticity is assumed to be concentrated inside the finite core of vortex filament. The vortex filament curve, described by parabolic blending curve function, is used to effectively solve the modified Biot-Savart equation. The interaction between a vortex ring and a rigid sphere using the parabolic blending curve is calculated. The trajectory of the vortex ring is obtained with several different initial positions between the ring and the sphere. The force variations acting on the sphere are calculated by using the boundary integral method. Finally, we can also obtain the acoustic signals at the far field observation positions from the force variations acting on the rigid surface. We can find that the dipole axis of the directivity patterns are rotated during the interacting phenomena.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제2권2호
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pp.39-45
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2001
To reduce the strength of tip vortex of the fixed wing, a horizontal wing-let splitted into two parts was utilized, and the interaction between vortices generated by these wing-lets was investigated by the hot-wire anemometry. The process of vortex forming and merging was clarified by measurements of velocity vectors and their contours at five downstream cross-sections; 0.05C(chord length), 0.2C, 0.5C, 1.0C and 2.0C. Both vortex-lets formed by each wing-lets rotate counterclockwise and merge into a larger single vortex within a short downstream distance, 0.5C in this case. The strength of the merged tip vortex turned out to become smaller than that of the plain wing tip near the vortex core.
Yang Choongmo;Baek Jehyun;Saito Shigeru;Aoyama Takashi
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.172-174
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2003
Nnumerical investigations of the tip vortical characteristics were conducted with lateral tip blowing to reduce Blade-Vortex Interaction (BVI) noise. The predictions of BVI noise were performed using a combined method of an unsteady Euler code with an aeroacoustic code based on Ffowcs- Williams and Hawkings formulation. A moving overlapped grid system with three types of grids (blade grid, inner and outer background grid) was used to simulate BVI of helicopter with two OLS-airfoil blades in forward/ descending flight condition. The calculated waveform of BVI noise, which is characterized by the distinct peaks caused during blade vortex interaction, clearly shows the effect of lateral blowing at tip to reduce BVI noise
본 연구는 서로 다른 두 개의 직경을 가지는 원기둥으로부터 나오는 두 개의 와류방출주파수간의 비선형간섭에 관한 것이다. 두 개의 서로 다른 주파수는 두 개의 직경을 가지는 원기둥에 의해 인위적으로 만들어졌고, 원기둥 후류의 속도 변동은 3 차원으로 측정되었다. 그리고 원기둥 표면에는 압력공이 설치되어 원기둥 표면의 압력도 측정하였다. 이 압력 신호를 기준 신호로 사용하였다. TSC 해석을 병행하여 두 주파수간의 비선형간섭의 세기를 조사하였다. 그 결과, 다음과 사실을 알았다. i)원기둥 후류의 주파수 분포, ii)위상집합평균법에 의한 원기둥 후류의 3 차원적인 흐름 상태, iii)두 개의 직경을 가지는 원기둥에서 나오는 두 개의 주파수간의 비선형간섭과 저주파의 종와류과의 관계.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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