The effect of longitudinal thin rectangular riblets aligned with the flow direction on turbulent channel flow has been investigated using direct numerical simulation. The thin riblets have been modeled using the immersed boundary method (IBM) where the velocities at only one set of vertical nodes at the riblets positions are enforced to be zeros. Different spacings, ranging between 11 and 43 wall units, have been simulated aiming at getting the optimum spacing corresponding to the maximum drag reduction while keeping the height/spacing ratio at 0.5. Reynolds number based on the friction velocity ${\mu}_\tau$ and the channel half depth $\delta$ is set to 150. The flow is driven by adjusted pressure gradient so that the mass flow rate is kept constant in all the simulations. This study shows similar trend of the drag ratio to that of the experiments at the different spacings. Also, this research provides an optimum spacing of around 17 wall units leading to maximum drag reduction as experimental data. Explanation of drag increasing/decreasing mechanism is highlighted.
Injection of microbubbles and/or polymer solution has been known to be a promising method for the reduction of frictional drag of water-borne vehicles. Naval Architects have been interested in friction drag reduction technology, since the friction drag of a commercial ship can be over $70{\%}$ of total resistance. The reduction of friction drag is also important for autonomous underwater vehicles and naval submarines to improve their durability and survivability In this study two sets of experiments were carried out for the friction drag reduction of 2-D channel wall and flat plate in the circulating water channels in Chungnam National University. Preliminary results from the experiments are presented and discussed.
As a part of studies of drag reduction phenomenon, at the entrance flow region of abrupt contraction tube flowing water, dilute and concentrated drag reducing polymer solutions contraction losses are estimated experimentally. Futher more, entrance lengths are considered theoretically and are measured experimentally. In the present experiment, fluid temperature is fixed l$0^{\circ}C$ and flow rates are 3,000
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.40
no.3
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pp.1-8
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2003
For the experiment of the friction drag reduction by microbubble injection, a drag reduction water tunnel was specifically designed and made. Experimental apparatus and procedures were devised and developed for measuring the change of wall friction drag with microbubble injection. For fully-developed channel flows. the change of friction drag with important parameters of microbubble injection is investigated and the experimental data and results obtained are presented. The amount of friction drag reduction up to 25% is observed in the present study.
Drag forces on a rectangular louvered panel, both as a free-standing structure and as a component in a generic low-rise building model, were obtained in a wind tunnel study. When tested in a building model, the porosity ratio of the wall opposite the louvered panel was varied to investigate its effect on the loading of the louvered panel. Both mean and pseudo-steady drag coefficients were obtained. Comparisons with the provisions for porous walls in contemporary loading standards indicate that for some opposite wall porosity ratios, the standards specify significantly different wind loads (larger and smaller) than obtained from this wind tunnel study.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.40
no.3
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pp.9-15
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2003
An experimental study has been carried out as a basic research for development of the friction drag reduction technology for ships by polymer injection. Experimental apparatus and procedures have been devised and prepared to measure the changes of the wall friction with injection of a polymer solution and basic experimental data on the friction drag reduction are obtained for a turbulent fiat-plate boundary layer and fully-developed channel flows. Variations of the friction drag reduction with some important parameters of polymer injection, such as the concentration of polymer solution, its injection flow rate and the measuring position downstream from the injection slot, are also investigated. Important experimental data and results obtained in the present study are presented. The amount of friction drag reduction up to 50% is observed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.4
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pp.1472-1480
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1996
The phenomena of drag reduction using small quantities of a linear macromolecules has attracted the attention of experimental investigations. It is well known that drag reduction in single phase liquid flow is affected by polymer materials, molecular weight, polymer concentration, pipe diameter and flow velocity. But the research on drag reduction in two phase flow has not intensively investigated. Drag reduction can be applied to phase change system such as chemical reactor, pool and boiling flow, and to flow with cavitation which occurs pump impellers. The purpose of the present work is to evaluate the drag reduction by measuring pressure drop, mean liquid velocity, and turbulent intensity and determine the effects of polymer additives on drag reduction in horizontal two phase flow. Experimental results show higher drag reduction using co-polymer comparing with using polyacrylamide. Mean liquid velocities increase as adding more polymer, and turbulent intensities decrease as the distance for the wall in inversed.
In this study, we experimentally investigate the possibility of skin-friction drag reduction by series of transverse cavities in a turbulent boundary layer flow. The effects of cavity depth (d), cavity length (l) and cavity spacing (s) on the skin friction drag are examined in the range of $Re_{\theta}\;=\;4030\;{\sim}\;7360$, $d/{\theta}_0\;=\;0.13\;{\sim}1.03$, l/d = 1 ~ 4 and s/d = 5 ~ 20. We perform experiments for twenty different cavity geometries and directly measure total drag force using in-house force measurement system. In most cases, the skin friction drag is increased. At several cases, however, small drag reduction is obtained. The variation of the skin ftiction drag is more sensitive to the cavity length than to the cavity depth or cavity spacing, and drag is reduced at $s/l\;{\geq}\;10$ and $l/{\theta}_0\;{\leq}\;0.26$ irrespective of the cavity depth. At $l/\bar{\theta}_0\;=\;0.13$ and s/l = 10, maximum 2% drag reduction is achieved. When the skin friction drag is reduced, there is little interaction between the flows inside and outside cavity, and the flow changed by the cavity is rapidly recovered at the following crest. A stable vortex is formed inside a cavity in the case of drag reduction. This vortex generates negative skin friction drag at the cavity bottom wall. Although there is form drag due to the cavity itself, total drag is reduced due to the negative skin friction drag.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.27
no.5
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pp.295-303
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2015
The eigenfunction expansion method is appled for the wave scattering by a vertical slotted, where both the inertial and quadratic drag terms are involved. Quadratic drag term representing the energy loss is linearized by the application of socalled equivalent linearization. The drag coefficient, which was empirically determined by Yoon et al.(2006) and Huang(2007) is used. Analytical results are verified by comparison to the experimental results conducted by Kwon et al.(2014) and Zhu and Chwang(2001). Using the developed design tool, the effect of energy loss by a vertical slotted wall is estimated with various design parameters, such as porosity, submergence depth, shape of slits and wave characteristics. It is found that the maximum value of energy loss across the slotted wall is generated at porosity value less than P = 0.1. The present solutions can provide a good predictive tools to estimate the wave absorbing efficiency by a slotted-wall breakwater.
A forward-facing aerospike attached to a payload fairing of a satellite launch vehicle significantly alters its flowfield and decreases the aerodynamic drag in transonic and low supersonic speeds. The present payload fairing is an axisymmetric configuration and consists of a blunt-nosed body along with a conical section, payload shroud, boat tail and followed by a booster. The main purpose of the present numerical simulations is to evaluate flowfield and assess the performance of aerodynamic drag coefficient with and without aerospike attached to a payload fairing of a typical satellite launch vehicle in freestream Mach number range 0.8 ≤ M∞ ≤ 3.0 and freestream Reynolds number range 33.35 × 106/m ≤ Re∞ ≤ 46.75 × 106/m whichincludes the maximum aerodynamic drag and maximum dynamic conditions during ascent flight trajectory of the satellite launch vehicle. A numerical simulation has been carried out to solve time-dependent compressible turbulent axisymmetric Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. The closure of the system of equations is achieved using the Baldwin-Lomax turbulence model. The aerodynamic drag reduction mechanism is analysed employing numerical results such as velocity vector plots, density and Mach contours in conjunction with the experimental flow visualization pictures. The variations of wall pressure coefficient over the payload fairing with and without aerospike are exhibiting different kind of flowfield characteristics in the transonic and low supersonic speeds. The numerically computed results are compared with schlieren pictures, oil flow patterns and measured wall pressure distributions and exhibit good agreement between them.
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