VIC (Vortex-In-Cell) method for viscous incompressible flow is presented to simulate the wake behind a modified NACA16 foil. With uniform rectangular grid, the velocity in field is calculated using streamfunction from vorticity field by solving the Poisson equation in which FFT(Fast Fourier Transform) is combined with 2nd order finite difference scheme. Here, LES(Large Eddy Simulation) with Smagorinsky model is applied for turbulence calculation. Effective viscosity is formulated using magnitude of strain tensor(or vorticity). Then the turbulent diffusion as well as viscous diffusion becomes particle strength exchange(PSE) with averaged eddy viscosity. The well-established panel method is combined to obtain the irrotational velocity and to apply the no-penetration boundary condition on the body panel. And wall diffusion is used for no-slip condition numerical results of turbulent stresses are compared with experimental results (Bourgoyne, 2003). Before comparing process, LES(Large Eddy Simulation) SGS(Subgrid scale) stress is transformed Reynolds averaged stress (Winckelmans, 2001).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.5
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pp.1310-1321
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1994
Turbulent coherent structures in the intermediate wake of a stationary and rotating cylinder, spin rate S=0.7, situated in a uniform were experimentally investigated using a conditionalphase average technique. Measurements were carried out at a section of 8.5 diameters downstream form the center of cylinder and a Reynolds number of $Re=6.5{\times}10^{3}.$/TEX> The phase averaged velocity and velocity vector fields, contours of vorticity, turbulent intermittency function and velocity fluctuation energy are presented and discussed in relation to the large scale coherent structures by Karman vortices that shed periodically from the cylinder. Coherent wake structures of the rotating cylinder is almost identical with stationary cylinder, but the lateral displacement and shrinkage of turbulent wake region is occured by rotation. Rotation of the cylinder result in that the deflection of wake center to deceleration region(Y/D${\simeq}-0.3)$ and the decrease of mean velocity defect(10%), vorticity strength of large scale structures(19%), total velocity fluctuation energy(12%).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.5
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pp.733-743
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2000
We solve the integral representation of the Navier-Stokes equations in a lagrangian view by tracking the particles, which have vortex strengths. We simulate the unsteady viscous flow around an impulsively started cylinder using the vortex particle method. Particles are advanced via the Biot-Savart law for a lagrangian evolution of particles. The particle strength is modified based on the scheme of particle strength exchange. The solid boundary satisfies the no-slip boundary condition by the vorticity generation algorithm. We newly modify the diffusion scheme and the boundary condition for simulating an unsteady flow efficiently. To save the computation time, we propose the mixed scheme of particle strength exchange and core expansion. We also use a lot of panels to ignore the curvature of the cylinder, and not to solve the evaluation of the surface density. Results are compared to those from other theoretical and experimental works.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.3
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pp.347-356
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2003
The characteristics of near wakes of circular cylinders with serrated fins are investigated experimentally using a hot-wire anemometer for various freestream velocities. Near wake structures of the fin tubes are observed using a phase average technique. With increasing fin height and decreasing fin pitch. oscillation of streamwise velocity increases. It file oscillation of lateral velocity decreases. The time averaged V-component velocity distribution of the finned tube is contrary to that of the circular cylinder due to the different strength of entrainment flow. This strength is affected by the distance of (equation omitted) = 1.0 contour lines. (equation omitted) = 1.0 contour line approaches to the wake center line when the fin density is increased. When the distance between (equation omitted) = 1.0 contour lines comes close the shear force should be increased and the flow toward the wake center line can be more strengthened because of the shear force. Factors related to the velocity recovery in the near wake of the finned tube are attributed to tile turbulent intensity, the boundary layer thickness. the position and strength of entrainment process.
A two-layer quasi-geostrophic numerical model is used to investigate the temporal variability of the East Korea Warm Current (EKWC), especially the separation from the Korean coast and the generation of warm eddies. An attention is given on the active role of the nonlinear boundary layer process. For this, an idealized flat bottom model of the East Sea is forced with the annual mean wind curl and with the inflow-outflow specified at the Korea (Tsushima) and Tsugaru Straits. Two types of separation mechanisms are identified. The first one is influenced by the westward movement of the recirculating leg of the EKWC (externally driven separation),the second one is solely driven by the boundary layer dynamics (internally driven separation). However, these two processes are not independent, and usually coexist. It is hypothesized that 'internally driven separation' arises as the result of relative vorticity production at the wall, its subsequent advection via the EKWC, and its accumulation up to a critical level characterized by the separation of the boundary flow from the coast. It is found that the sharp southeastern corner of the Korean peninsula provides a favorable condition for the accumulation of relative vorticity. The separation of the EKWC usually accompanies the generation of a warm eddy with a diameter of about 120 km. The warm eddy has a typical layer-averaged velocity of 0.3 m/s and its lifespan is up to a year. In general, the characteristics of the simulated warm eddy are compatible with observations. A conclusion is therefore drawn that the variability of the EKWC is at least partially self-excited, not being influenced by any sources of perturbation in the forcing field, and that the likely source of the variability is the barotropic instability although the extent of contribution from the baroclinic instability remains unknown. The effects of the seasonal wind curl and inflow-outflow strength are also investigated.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.26
no.4
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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 $30^{\circ}$.
Recent years have witnessed speed up of moving vehicles such as high-speed of trains. Increase in speed entails concomitant increase in turbulent air flow which contributes toward increased aerodynamic noise. The proposed method for aerodynamic noise reduction is based on a biomimetic design of owl feather. The five morphological parameters of the owl feather are extracted from close observation, and simulation cases are constructed by applying design of experiments methodology. Swirling strength for each case is obtained through steady-state CFD analysis, and key morphological parameters that affect the turbulence are identified. Large eddy simulations (LES) are then performed on selected cases to predict the air turbulence. Different cases show varying vortex distributions which are expected to lead to varying aerodynamic noise levels.
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).
Tumble or swirl flow is used adequately to promote mixing of air and fuel in the cylinder and to enlarge turbulent intensity in the late time of compression stroke. However, since in-cylinder flow is a kind of transient state with rapid flow variation, that is, non-steady state flow, swirl or tumble flow has not been analyzed sufficiently and not been recognized whether they are available for combustion theoretically yet. In the investigation of intake turbulent characteristics using PIV method, different flow characteristics were showed according to SCV figures. SCV installed engine had higher vorticity, turbulent strength by fluctuation and turbulent kinetic energy than a baseline engine, especially around the wall and lower part of the cylinder. Consequently, as swirl flow was added to existing tumble flow, it was found that fluctuation component increased and flow energy was conserved effectively through the experiment.
Explicit Kutta condition approximation, proved useful in existing time-domain solver of the unsteady propeller problem, requires a specified functional behavior of the vorticity in space near the trailing edge. In this paper, the strength of the discrete vortices is controlled to have a specified behavior in space in the frequency domain approach. A new formulation is introduced and is implemented for analysis of a lifting surface of a rectangular planform. Sample computations carried out according to the new formulation compares well with that of existing unsteady lifting problem in the time domain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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