An experimental investigation of the flow around a vertical fence was carried out using a PIV velocity field measurement technique. The vertical fence was embedded in a turbulent boundary layer. The instantaneous velocity fields measured at cross-sectional planes reveal complex longitudinal vortices that vary in size and strength, developing from the upstream location. In the instantaneous vorticity and velocity field data, the shear flow separated from the fence top is highly turbulent and shows unsteady flow characteristics. The topography of the ensemble averaged velocity fields, especially the separation bubble formed behind the fence, shows that the spatial distributions of streamwise velocity (U) and vertical (V) are symmetric, the spanwise velocity (W) is skew-symmetric with respect to the central xy-plane(z=0).
The flow field structures of dual jet-in-cross-flow were examined experimentally for in-lined perforated damage holes configuration using particle image velocimetry. Ensemble averaged in-plane velocity and vorticity data in the jet were determined to study the mean jet structure. Jets are formed by pressure differences between upper and lower airfoil surface. The flow structure of vicinity of the thru holes consist of a vortical structure that wrap around the jets like a horseshoe and develop further downstream through a pair of stream-wise vortices. The shape, size and location of the horseshoe vortex were found to be dependent on the angle of attack. In spite of the existence of battle damage holes, the effect on the control force was insignificant when the damage size was not large enough.
본 연구는 고성능 전개판을 개발하기 위하여 전개판 주변의 유동장을 계측할 수 있는 해석 방법을 제시하고자 하였다. 실험 방법으로는 CFD를 이용한 유동장의 수치 해석과 유동장의 정량적, 정성적 계측이 가능한 PIV 실험방법을 사용하였다. 본 실험에서는 전개판 주변의 가시화된 영상을 PIV 기법을 이용한 화상처리로 유동특성을 해석하였으며, 이 결과를 CFD에 의한 해석 결과와 유동 패턴을 비교하였다. 또한, 회류 수조에서의 양력 계수 및 항력계수의 계측 결과를 상호 비교 하였다. 그 결과, 수치 해석된 결과와 PIV의 실험 결과는 정성적으로 매우 잘 일치하였으며, 물리적으로 타당성을 확인할 수 있었다. 그 결과는 다음과 같다. (1) 전개판의 유동장 분석을 위하여 레이저 광원을 이용한 가시화 실험을 실시하고, PIV 기법으로 화상분석을 실시하였으며, 유동입자의 흐름으로도 충분한 정성적인 유체운동의 경향을 파악할 수 있었다 (2) PIV해석결과가 정량적인 결과이므로 이를 다양한 후처리 방법을 통해 속도벡터장, 순간 유동장, 평균 와도로 나타내어 유동장의 변화를 확인할 수 있었다. (3) 최대전개력계수가 나타난 영각 24$^{\circ}$에서 비교한 CFD와 PIV 해석 결과, 유동 패턴은 유사하였고, 두 경우 모두 전개판 후연에서 약간의 경계층 박리가 발생하였으나 양호한 흐름을 보였다. (4) PIV에 의한 속도 벡터도, 순간 유선도, 평균 와도로 후처리한 결과, 영각 24$^{\circ}$에서부터 경계층 박리 현상이 일어나기 시작하여, 영각 28$^{\circ}$이상이 되면 심하게 전연으로 발생지점이 이동하게 되고, 그 폭도 확대됨을 확인할 수 있었다.
The flow structure around a rotating axial-fan was experimentally investigated using a phase averaging velocity field measurement technique. The fan blades were divided into 4 different phases, for which 500 velocity fields were acquired for each phase angle with a 2-frame PTV system. Velocity field measurements were also carried out at two planes parallel to the axis of rotation, with offsets toward the radial direction of the fan. For accurate synchronization of the PTV system with the phase of the axial fan, two synchronization circuits were employed with a photo-detector attached to the rotating shaft. The phase averaged velocity fields show periodic variations with respect to the blade phase. The periodic formation of vortices at the blade tip is also observed in vorticity contour plots. Locations of local maximum turbulence intensities in the axial and radial directions are found to be located in an alternating pattern. These experimental results can be used to validate numerical calculations and to understand the flow characteristics of an axial fan.
A two dimensional discrete vortex method (DIVEX) has been developed at the Department of Aerospace Engineering, University of Glasgow, to predict unsteady and incompressible flow fields around closed bodies. The basis of the method is the discretisation of the vorticity field, rather than the velocity field, into a series of vortex particles that are free to move in the flow field that the particles collectively induce. This paper gives a brief description of the numerical implementation of DIVEX and presents the results of calculations on a recent suspension bridge deck section. The results from both the static and flutter analysis of the main deck in isolation are in good agreement with experimental data. A brief study of the effect of flow control vanes on the aeroelastic stability of the bridge is also presented and the results confirm previous analytical and experimental studies. The aeroelastic study is carried out firstly using aerodynamic derivatives extracted from the DIVEX simulations. These results are then assessed further by presenting results from full time-dependent aeroelastic solutions for the original deck and one of the vane cases. In general, the results show good qualitative and quantitative agreement with results from experimental data and demonstrate that DIVEX is a useful design tool in the field of wind engineering.
The flow characteristics of a turbulent buoyant jet were experimentally investigated using a single-frame PIV system. The Reynolds number based on the nozzle exit velocity and nozzle diameter was about Re=5$\times$10$^3$. The instantaneous velocity fields in the streamwise plane passing the jet axis were measured in the near field X/D <11 with and without the temperature gradient. By ensemble averaging the instantaneous velocity fields, the spatial distributions of mean velocity, vorticity, and higher-order statistics up to third order were obtained. The temperature difference of 10$\^{C}$ does not affect a significant influence to the flow structure in the near field, but the total entrainment rate is increased slightly. The entrainment rate shows a linear variation with the streamwise distance in the region after X/D=5.0.
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.
본 연구는 PIV 기법을 사용하여 쇄파와 몰수체의 상호작용에 의한 점성유동장의 변화를 가시화 함과 아울러 순간유동장을 해석하는데 목적을 두고 수행하였다. 몰수깊이의 변화에 따른 쇄파와 실린더의 상호작용은 S/D=1.5 정도에서 부터 감지되기 시작하여 몰수깊이가 얕아질수록 상호작용이 크게 발생하였으며 S/D=1.0 이하가 되면 쇄파로 인한 와류가 실린더로부터 유기되는 와류를 압도하여 실린더 후방의 전반적인 와도분포를 심하게 변형시킴을 알 수 있었다. 이로부터 PIV 기법은 와도분포 해석과 같은 비정상 보오텍스 유동장의 해석에 매우 유용한 방법임을 확인하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권4호
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pp.439-449
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2002
Experimental investigations of the flow structure and heat transfer enhancement in a channel with a built-in circular cylinder and a wing-let type vortex generator are presented. Without any vortex generators, relatively low heat transfer takes place in the downstream of the circular cylinder where is a recirculation region with low velocity fluid is formed. However with a wing-let type longitudinal vortex generator in the wake region behind the cylinder, heat transfer in the region can be enhanced. In order to control the strength of longitudinal vortices, the angle of attack of the vortex generators is varied from $20^{circ} to 45^{\circ}$, but spacings between the vortex generations are fixed to be 5 mm. The 3-dimensional mean velocity field downstream of the vortex generator is measured by a five-hole pressure probe, and the hue-capturing method using thermochromatic liquid crystals has been used to provide the local distribution of the heat transfer coefficient. The vorticity field and streamwise velocity contour are obtained from the velocity field. Streamwise distributions of averaged Stanton number on the measurement planes show very similar trends for all the experimental cases($\beta=20^{circ}, 30^{circ} and 45^{\circ}$). Circulation strength and heat transfer coefficient have the maximum values when the angle of attack($\beta$) is $30^{\circ}$.
This study confirms that a decadal variation of the SST (Sea Surface Temperature) in the WNP (Western North Pacific) has an influence on the genesis and passage ofa Tropical Cyclone. The decadal mode was obtained by calculating the SST anomaly on the domain $150^{\circ}E-190^{\circ}E$, and $5^{\circ}S-5^{\circ}N$. Such decadal variation was subsequently analyzed to confirm that it is a dominant mode in central Pacific region. Next, after classifying the years into relatively positive years and relatively negative years, the characteristics of Tropical Cyclone in each year, such as a genesis and passage frequency, were investigated. Compared to the relatively negative years, during the relatively positive years, the location of Tropical Cyclone genesis was biased toward South-Eastern region, while the characteristics of the cyclone were more distinct during late season of the year trom September to December than in mid season from June to August. Examining the movement passage through the observation of passage fiequency, there was a significant difference between positive year and negative year in their passages at a 90% confidence level. Moreover, the number of Tropical Cyclone, maximum wind, and life time also showed higher values in positive years than in negative years. These features were confirmed by examining the 850hPa cyclonic flow field, vorticity field, and vertical wind shear field, all of which contribute to the genesis of a Tropical Cyclone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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