The effects of free surface on wake behind a rotating propeller were investigated experimentally in a circulating water channel with the variation of water depth. Instantaneous velocity fields were measured using two-frame PIV technique at tow different blade phases and ensemble-averaged to investigate the phase-averaged flow structure in the wake region. For an isolated propeller, the flow behind the propeller is influenced by the propeller rotation and the free surface. The phase-averaged mean velocity fields show that the potential wake and the viscous wake are formed by the boundary layers developed on the blade surfaces. The interaction between the tip vortices and the slipstream causes the oscillating trajectory of tip vortices. Tip vortices are generated periodically and the slipstream contracts in the near-wake region. The presence of free surface affects the wake structure largely, when the water depth is less than 0.6D. The free surface modifies the vortex structure, especially the tip and trailing vortices and flow structure in slipstreams of the propeller wake behind X/D = 0.3.
This paper describes the procedure to predict steady and unsteady performances of a contrarotating propeller(CRP) by a mixed formulation of the boundary value problem(BVP) far the flow around a CRP. The blade BVP is treated by a classical vortex lattice method, whereas the hub BVP is solved by a potential-based panel method. Blades and trailing wakes are represented by a vortex and/or source lattice system, and hubs are represented by normal dipole and source distributions. Both forward and aft propellers are solved simultaneously, thus treating the interaction effect without iteration. The unsteady performance is computed directly in time domain. The new numerical procedure requires a large amount of storage and computing time, which is however no longer a limit in a modern computer system. Sample computations show that the steady performance compares very well with the experiments. The predicted unsteady behavior shows that the dominant harmonics of the total forces are multiples of not only the number of blades of the forward and aft propellers but also the product of both blade numbers. The magnitude of the latter harmonics, present also in uniform oncoming flow, may reach abort 50% of the mean torque for the aft propeller, which in turn may cause a serious vibration problem in the complicated contrarotating shafting system.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.12
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pp.931-939
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2013
In this paper, we try to find the lifting-line method which is applicable to the conceptual design of aircraft wings, and analyze the accuracy and coverage of the method. Two methods that are extended from the lifting-line theory of Prandtl are selected. One of the methods is Weissinger's method which imposes the velocity boundary condition at the control points located at the quarter chord, and the other is Phillips's method which combines the three-dimensional vortex lifting law. Calculations are performed for an elliptic wing, a swept back wing, and a tapered unswept wing with dihedral angle and geometric twist. The aerodynamic data of the potential flow such as spanwise distributions of circulation and downwash, lift and induced drag are obtained through calculations, and these data are compared with theoretical results and wind tunnel test data. As a result, Weissinger's method showed good accuracy and reliability regardless of wing shapes, but Phillips's method revealed inaccurate results for a swept back wing.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.24
no.5
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pp.33-41
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2000
Three dimensional flow fields around passenger car body was computed by PAM-FLOW, well-known and validated computer program for thermal and fluid analysis. Regarding the computational method, a Navier-Stokes solver based on finite element method with various turbulent models and adaptive grid technique (H-refinement)was adopted. The results were physically reasonable and compared with experimental data, giving good agreement. It was found that three dimensional flow simulation with H-refinement technique had potential for prediction of low fie이 around vehicle and the ability to predict vortex in the wake, which is vital for CFD to be used for automobile aerodynamic calculation.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.3
no.1
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pp.61-68
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1991
The purpose of this study is to investigate the heat transfer characteristics and the flow structure in the case of rectangular air jet impinging vertically on the flat heating surface. The maximum value of Nusselt number at stagnation point is observed at H/B=10. It is found that this trend has been caused by the effect of stretching of large scale vortex in the stagnation region. For potential core region the Nusselt number distribution in the downstream of the stagnation point decreases gradually and begins to increase at about X/B=3. From the flow visualization it could be seen that small eddy produced from the nozzle edge grows in large scale and that large scale eddy disturbed the thermal boundary layer on the heating plate. The local average Nusselt number becomes maximum at X/B=0.5 regardless of H/B variation.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.69-76
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1991
A design method based on the surface vorticity distribution is developed to generate a two-dimensional blade section for prescribed velocity distribution in potential flow. The boundary condition used to determine the strength of vorticity distribution requires that the surface of blade section should be a streamline of the resulting flow. In order to obtain the required final geometry of a two-dimensional blade section, an iterative procedure is used. A computer program is developed and several numerical results are presented.
3-Dimensional panel method is now developed to the level that one can calculate the lift of a three dimensional body with the same accuracy of wind tunnel test and some current codes can consider the boundary layer effects due to the viscosity and unsteady motion in the calculation of lift. This paper is also aimed to develop these kinds of computing programs, and as a beginning, the authors restricted the problems to the steady potential flow cases. The calculation of 3-Dimensional body, wing and tandem wing carried out, using source panel and vortex ring panel. Finally, the interactions between 3-Dimension symmetric body and a wing are also calculated.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.31
no.2
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pp.45-56
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1994
A computationally efficient numerical method based on potential flow is developed for time-domain simulation of the nonlinear free-surface flows around a 2-dimensional hydrofoil. This numerical method, namely, spectral/boundary-element method, is a mixed one of the high-order spectral method and the boundary-element method in time-domain. The high-order spectral method is used to calculate the nonlinear evolution of free-surface, and the boundary-element method is used to calculate the effects of the hydrofoil and the shed vortex. As application examples, nonlinear free-surface flows around a 2-dimensional hydrofoil which starts from the rest and translates near the free-surface with or without harmonic oscillations are calculated. Nonlinear/unsteady results of free-surface waves and hydrodynamic farces are shown and discussed. Particularly, the results of steady-state which are obtained as a special case of the present unsteady solution are compared with others' calculated and experimental results, and good agreements are observed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.1
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pp.106-115
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1988
A numerical procedure for determining the airfoil shape that maximizes the lift is presented. The structure of the flow field is calculated by iteratively coupling potential flow and boundary analysis using the viscous-inviscid interaction method. The potential flow field is obtained by the vortex panel method and boundary layer flow is analyzed by means of integral approximation method which is capable of handling the laminar, transition and turbulent flow regimes. As the result of this study, it is found that the calculated flow regimes have good agreement with the existing experimented data. Davidon-Fletcher-Powell method and Augmented Lagrange Multiplier method are used for the optimal techniques. NACA 23012, NACA 65-3-21, NACA 64-2-415, NACA 64-2-A215 airfoils are used for determining the optimal airfoil shapes as a basic and compensate airfoils. Optimal design showed that the lift coefficients are increased by 17.4% at M$_{0}$=0.2 and 29% at M$_{0}$=0.3, compared with those of basic airfoil.oil.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.38
no.4
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pp.11-22
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2001
The interaction between forward mounted propeller and wing in ground effect, and its aerodynamic performance are analyzed by potential flow approximation. A Vortex Lattice Method(VLM) for the propeller analysis and a potential based panel method for the WIG are used together with an image method by assuming the free surface as a rigid wall. The interaction of propeller and wing in the proximity of the ground is taken into account by an iterative procedure where the boundary conditions are satisfied with the given convergence criteria. The program developed is first checked by comparing its numerical results with the experimental data and other numerical results for the propeller MP101-rudder MR21 system. Then, the propeller-WIG interaction and its performance versus ground clearance are investigated by changing parameters such as propeller position, diameter and speed of revolution. It is shown that the forward mounted propeller increases the lift forces of the wing and also enhances the height stability, depending on the design parameter. Therefore, the appropriate selection of the design parameter such as propeller diameter, revolution, the longitudinal and vertical position of propeller is necessary.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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