An investigation into the effect of corner cuts on the Strouhal number of rectangular cylinders with various dimensional ratios and various angles of attack is described. The Strouhal number given as a function of corner cut size is obtained directly from the aerodynamic behavior of the body in a uniform flow through a series of wind-induced vibration tests. For a quick verification of the validity of the Strouhal numbers obtained in this way, they are compared with the approximated the Strouhal numbers based on Shiraishi's early research. The test results show that the Strouhal number of the model with various corner cuts has a fluctuating trend as the angle of attack changes. For each cutting ratio as the angle of attack increases at each cutting ratio above $15^{\circ}$, the Strouhal number decreases gradually, and these trends are more evident for larger corner cut sizes. However, a certain corner cut size which is effective in reducing the wind-induced vibration can be identified by larger Strouhal numbers than those of other corner cut sizes. Three distinct characteristics of Strouhal number variation can be identified in three regions which are termed as Region I, II, and III based on the general trend of the test results. It is also found that the corner cut is effective in one region (Region-II) and less effective in another one (Region-III) when only the vortex-induced vibration occurs.
Characteristics of the conical vortices on the roof corner of a rectangular prism have been investigated by using a PIV(Particle Image Velocimetry) technique. The Reynolds number based on the free stream velocity and the height of the model was 5.3$\times$10$^3$. The mean, instantaneous velocity vector fields, vorticity fields, and turbulent kinetic energy distribution were measured for two different angles of attack, 30$^{\circ}$and 45$^{\circ}$. The PIV measurements clearly observed not only the conical main vortex and the secondary vortex but also the tertiary vortex which is firstly reported in this paper. Asymmetric formation of the corner vortex for the case of 30$^{\circ}$angle of attack produces relatively the high magnitude of vorticity and turbulent kinetic energy around the bigger vortex which generates the peak suction pressure on the roof. Fairly symmetric features of the roof vortex are observed in the case of 45$^{\circ}$angle of attack, however, the dynamic characteristics are proved to be asymmetric due to the rectangular shape of the roof.
The flow around a structure has been an important subject in wind engineering research. There are various kinds of unstable aerodynamic phenomena with regard to a bluff body. In order to understand the physical mechanism of aerodynamic and aeroelastic instability of a bluff body, the relations between the flow around structures and the motion of body with various section shapes should be investigated. Based on a series of wind tunnel tests, this paper addresses the aerodynamic stability of square cylinder with various corner cuts and attack angles in the uniform flow. The test results show that the models with corner cut produced generally better behaviour for the galloping phenomenon than the original section. However, the corner cut method can not prevent the occurrence of the vortex-induced vibration(VIV). It is also shown that as the attack angle changes, the optimum size of corner cut changes also. This means that any one specific size of corner cut which shows the best aerodynamic behaviour throughout all the cases of attack angles does not exist. This paper presents an intensive study on obtaining the optimum size of corner cut for the stabilization of aerodynamic behaviour of cylinders.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권2호
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pp.262-270
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2011
Experimental and numerical investigations were conducted for an internal flow in an axial flow stator of a diagonal flow fan. A corner separation near the hub surface and the suction surface of a stator blade was focused on, and further, three-dimensional vortices in separated flow were investigated by the numerical analysis. At low flow rate of 80% of the design flow rate, a corner separation of the stator between the suction surface and the hub surface can be found in both experimental and calculated results. Separation vortices are observed in the limiting streamline patterns both on the blade suction and on the hub surfaces at 80% of the design flow rate in the calculated results. It also can be observed in the streamline pattern that both vortices from the blade suction surface and from the hub surface keep vortex structures up to far locations from these wall surfaces. An attempt to explain the vortices within a three-dimensional separation is introduced by using vortex filaments.
The wire-wrapped fuel bundle is an assembly design in a sodium-cooled fast reactor. A wire spacer is used to maintain a constant gap between rods and to enhance the mixing of coolants. The wire makes the flow complicated by creating a sweeping flow and vortex flow. The vortex affects the flow field and heat transfer inside the subchannels. However, studies on vortices in this geometry are limited. The purpose of this research is to investigate the vortex flow created in the wire-wrapped fuel bundle. For analysis, a RANS-based numerical analysis was conducted for a 37-pin geometry. The sensitivity study shows that simulation with the shear stress transport model is appropriate. For the case of Re of 37,100, the mechanisms of onset, periodicity, and rotational direction were analyzed. The vortex structures were reconstructed in a three-dimensional space. Vortices were periodically created in the interior subchannel three times for one wire rotation. In the edge subchannel, the largest vortex occurred. This large vortex structure blocked the swirl flow in the peripheral region. The small vortex formed in the corner subchannel was negligible. The results can help in understanding the flow field inside subchannels with sweeping flow and vortex structures.
본 연구는 정사각형 용기에서 배수시 유동장의 변화를 이해하기 위하여 용기의 모서리의 반경변화에 따른 배수흐름의 특성을 연구하였다. 이 연구의 목적은 서로 다른 반지름의 모서리가 와류생성을 억제하는 원리에 대해 이해는 것이다. 사각형 용기의 유동장을 가시화하기 위하여 PIV기법을 사용하였다. 그리고 배수가 있을 때와 없을 때에 대해, 각각 수직방향과 수평방향에서 결과를 얻었다.
Wind tunnel testing of a low-rise building with openings (holes) of different sizes and shapes on a roof corner is conducted to measure the internal and external pressures from the building model. Detailed analysis of the testing data is carried out to investigate the characteristics of the internal and external pressures of the building with different openings' configurations. Superimposition of the internal and external pressures makes the emergence of positive net pressures on the roof. The internal pressures demonstrate an overall uniform distribution. The probability density function (PDF) of the internal pressures is close to the Gaussian distribution. Compared with the PDF of the external pressures, the non-Gaussian characteristics of the net pressures weakened. The internal pressures exhibit strong correlation in frequency domain. There appear two humps in the spectra of the internal pressures, which correspond to the Helmholtz frequency and vortex shedding frequency, respectively. But, the peak for the vortex shedding frequency is offset for the net pressures. Furthermore, the internal pressure characteristics indirectly reflect that the length of the front edge enhances the development of the conical vortices.The objective of this study aims to further understanding of the characteristics of internal, external and net pressures for low-rise buildings in an effort to reduce wind damages to residential buildings.
The greatest suction on the cladding of flat roof low-rise buildings is known to occur beneath the conical vortices that form along the roof edges for cornering winds. In a companion paper, a model of the vortex flow mechanism has been developed which can be used to connect the surface pressure beneath the vortex to adjacent flow conditions. The flow model is experimentally validated in this paper using simultaneous velocity and surface pressure measurement on a 1 : 50 model of the Texas Tech University experimental building in a wind tunnel simulated atmospheric boundary layer. Flow visualization gives further insight into the nature of peak suction events. The flow model is shown to account for the increase in suction towards the roof corner as well as the presence of the highest suction at wind angles of $60^{\circ}$. It includes a parameter describing vortex suction strength, which is shown to be related to the nature of the reattachment, and also suggests how different components of upstream turbulence could influence the surface pressure.
A series of wind tunnel tests were conducted on tapered super high-rise buildings with a square cross section by applying synchronous pressure measurement technology. The effects of global strategy of chamfered modification on aerodynamic loads and wind-induced responses were investigated. Moreover, local aerodynamic strategies of opening a ventilation slot in the corner of equipment and refuge floors were carried out. Results show that the global strategy of tapered elevation increased the vortex shedding frequency, but reduced vortex shedding energy, leading to reduction of across-wind aerodynamic loads and responses. Chamfered modification suppressed the across-wind vortex shedding effect on tapered buildings. Opening the ventilation slot further suppressed the strength of vortex shedding and reduced the residual energy related to vortex shedding in aerodynamic loads of chamfered buildings. Finally, the optimized locations of local aerodynamic strategies were suggested.
본 연구에서는 말굽와류에 대한 전반적인 사항을 고찰하는 한편, 실린더의 기 하학적 형상이 말굽와류에 미치는 영향을 정성적으로 고찰하는 데 있다. 그러므로 본 실험에서는 먼저 경계층이 형성되어 있는 평판에 원형 실린더를 설치하여, 말굽와 류에 의한 3차원 유동현상을 고찰하고, 또한 동일한 평판에 쐐기형상의 실린더를 설치 하여, 그 주위에서 발생하는 3차원 유동현상과 원형 실린더 주위에서 일어나는 3차원 유동현상과의 정성적인 비교를 통하여, 말굽와류에 의한 3차원 유동손실을 줄일 수 있 는 가능성을 제시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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