Jung, Jae Hwan;Yoon, Hyun Sik;Chun, Ho Hwan;Lee, Inwon;Park, Hyun
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권3호
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pp.333-347
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2013
The present study numerically models the interaction between a regular wave and the roll motion of a rectangular floating structure. In order to simulate two-dimensional incompressible viscous two-phase flow in a numerical wave tank with the rectangular floating structure, the present study used the volume of fluid method based on the finite volume method. The sliding mesh technique is adopted to handle the motion of the rectangular floating structure induced by fluid-structure interaction. The effect of the wave period on the flow, roll motion and forces acting on the structure is examined by considering three different wave periods. The time variations of the wave height and the roll motion of the rectangular structure are in good agreement with experimental results for all wave periods. The present response amplitude operator is in good agreement with experimental results with the linear potential theory. The present numerical results effectively represent the entire process of vortex generation and evolution described by the experimental results. The longer wave period showed a different mechanism of the vortex evolution near each bottom corner of the structure compared to cases of shorter wave periods. In addition, the x-directional and z-directional forces acting on the structure are analyzed.
The flow field around a high-speed train including cross-wind effects has been simulated. This study solves 3-D unsteady incompressible Navier-Stokes equations in the inertial frame using the iterative time marching scheme. The governing equations are differenced with 1st-order accurate backward difference scheme for the time derivatives, 3th-order accurate QUICK scheme for the convective terms and 2nd-order accurate central difference scheme for the viscous terms. The Marker-and-Cell concept was applied to efficiently solve continuity equation, which is differenced with 2nd-order accurate central difference scheme. The 4th-order artificial damping is added to the continuity equation for numerical stability. A C-H type of elliptic grid system is generated around a high-speed train including ground. The Baldwin-Lomax turbulent model was implemented to simulate the turbulent flows. To validate the present procedure, the flow around a high speed train at constant yaw angle of $45^{\circ}\;and\;90^{\circ}$ has been simulated. The simulation shows 3-D vortex generation in the lee corner. The flow separation is also observed around the rear of the train. It has concluded that the results of present study properly agree with physical flow phenomena.
Stereoscopic PIV measurements were made in the wind tunnel with the actual size waterjet model. The main wind tunnel provides the vehicle velocity while the secondary wind tunnel adjusts the jet issuing velocity. Experiments were performed at the range of jet to vehicle velocity ratio (JVR), 3.75 to 8.0 and the Reynolds number of 220,000 based on the jet velocity and the hydraulic diameter of the waterjet intake duct. Wall pressure distributions were measured for various JVRs. Three dimensional velocity fields were obtained at the inlet and outlet of the intake duct. It is found that severe acceleration is occurred at the lip region while deceleration is noticeable at the ramp side. The detailed three dimensional velocity fields can be used as the accurate velocity input for the CFD simulation. It is interesting to note that there are many different types of vortices in the instantaneous velocity field. It can be considered that those vortices are generated by the corner of rectangular section of the intake and Gortler vortices due to the curved wall. However, typical secondary flow with a pair of counter rotating vortex pair is clearly seen in the ensemble averaged velocity field.
LNG Carriers are currently known as sole commercial means of shipping natural gas on the sea. They are designed to proven dangerous explosion for shipping a lot of gas over long distance. In this study. In this study, a scaled model chamber was made to investigate ventilation characteristics of the hood room in LNG carrier. Experimental study was performed in model using visualization equipments with laser apparatus and image intensifier CCD camera gated by an AOM controller Twelve different kinds of measuring area were selected as experimental condition. Instant simultaneous velocity vectors at whole field were measured by using 2-D PIV system which software adopts two-frame grey-level cross correlation algorithm. To look into stagnation area of hood room for LNG carrier, a three-dimensional numerical simulation with standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model was carried out by using PHOENICS for three kinds of Reynolds number, $6.5{\times}10^3$, $9.7{\times}10^3\;and\;1.29{\times}10^4$, based on the cavity inlet velocity and cavity height. The flow pattern showed the large scale counter-clockwise forced-vortex rotated at center area, small eddies at each corner and stagnation area located at left-back upper side of model.
Heat (mass) transfer characteristics have been investigated on the endwall of a large-scale linear turbine cascade. Its profile is based on the mid-span of the first-stage rotor blade in a industrial gas turbine. By using the naphthalene sublimation technique, local heat (mass) transfer coefficients are measured for two different free-stream turbulence intensities of 1.3% and 4.7%. The results show that local heat (mass) transfer Stanton number is widely varied on the endwall, and its distribution depends strongly on the three-dimensional vortical flows such as horseshoe vortices, passage vortex, and corner vortices. From this experiment, severe heat loads are found on the endwall near the blade suction side as well as near the leading and trailing edges of the blade. In addition, the effect of the free-stream turbulence on the heat (mass) transfer is also discussed in detail.
The turbulent flow in reactor pressure vessel (RPV) of pressurized water reactor (PWR) is important for the flow rate distribution at core inlet. Thus, it is vital to study the turbulent flow phenomena in RPV. However, the complicated fluid channel consisted of inner structures of RPV will block or refract the laser sheet of particle image velocimetry (PIV). In this work, the matched index of refraction (MIR) of sodium iodide (NaI) solution and acrylic was applied to support optical path for flow field measurements by PIV in the 1/10th scaled-down RPV model. The experimental results show detailed velocity field at different locations inside the scaled-down RPV model. Some interesting phenomena are obtained, including the non-negligible counterflow at the corner of nozzle edge, the high downward flowing stream in downcomer, large vortices above vortex suppression plate in lower plenum. And the intensity of counterflow and the strength of vortices increase as inlet flow rate increasing. Finally, the case of asymmetry flow was also studied. The turbulent flow has different pattern compared with the case of symmetrical inlet flow rate, which may affect the uniformity of flow distribution at the core inlet.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제35권5호
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pp.625-631
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2011
본 연구는 벽면근처에 놓인 정방형주의 모서리에 수평 분할판을 부착하여 유체력 제어 효과를 양항력 측정실험 및 PIV에 의한 가시화 실험으로 조사한 것이다. 분할판의 폭은 정방형주 폭의 10% 로 했다. 실험변수로서는 수평 분할판의 부착 위치 및 벽면과 사각주 사이의 간격으로 하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 간격비 0.4 이상에서 벽면과 정방형주 사이에 흐름이 명확했고, 후류측 칼만 와도 뚜렷이 나타났다. 원형의 정방형주는 간격비 0.4에서 수평 분할판을 가진 정방형주는 간격비 0.6에서 평균양력계수 및 Strouhal 수의 변곡점이 나타났다. 정방형주 아랫면의 뒷 모서리에 수평 분할판을 설치한 경우 항력이 감소하였으며 각 간격비 평균 4.5%의 항력 저감 효과를 얻었다. 이 경우 정방형주 윗면 박리영역의 크기는 분할판이 없는 정방형주에 비해 작았다.
In this study, performance of a computational fluid dynamics (CFD) model is assessed from analysis on air flow pattern which is observed in the artificial street canyon. Field observations focusing on flows were conducted at an artificial street canyon in Magok region. For the observation of three-dimensional airflow structures, twelve three-dimensional wind anemometers (hereafter, CSAT3) were installed inside the street canyon. The street canyon was composed of two rectangular buildings with 35-m length, 4-m width, and 7-m height. The street width (distance between the buildings) is 7 m, making the street aspect ratio (defined by the ratio of building height to street width) of 1. For the observation of above-building wind, a CSAT3 was installed above the northwest-side building. Southwesterly, westerly and northwesterly were dominant in the street canyon during the observations. Because wind direction is parallel to the street canyon in the southwesterly case, westerly and northwesterly were selected as inflow directions in numerical simulations using a computational fluid dynamics model developed through the collaborative research project between National Institute of Meteorological Sciences and Seoul National University (CFD_NIMR_SNU). The observations showed that a well-structured vortex flow (skimming flow) and an evidence of a small eddy at the corner of the downwind building and ground appeared. The CFD_NIMR_SNU reproduced both the observed flow patterns reasonably well, although wind speeds inside the street canyon were underestimated.
The present study investigates the convective heat/mass transfer characteristics in wavy ducts of a primary surface heat exchanger. The effects of duct aspect ratio and flow velocity on the heat/mass transfer are investigated. Local heat/mass transfer coefficients on the corrugated duct sidewall are determined using a naphthalene sublimation technique. The aspect ratios of the wavy duct are 7.3, 4.7 and 1.8 with the corrugation angle of $145\Omega$. The Reynolds numbers, based on the duct hydraulic diameter, vary from 300 to 3,000. The results show that at the low Re(Re $\leq$ 1000) the secondary vortices called Taylor-Gortler vortices perpendicular to the main flow direction are generated due to effect of duct curvature. By these secondary vortices, non-uniform heat/mass transfer coefficients distributions appear. As the aspect ratio decreases, the number of cells formed by secondary vortices are reduced and secondary vortices and comer vortices mix due to decreased aspect ratio at Re$\leq$1000. At Re >1000, the effects of corner vortices become stronger. The average Sh for the aspect ratio of 7.3 and 4.7 are almost same. But at the small aspect ratio of 1.8, the average Sh decreases due to decreased aspect ratio. More pumping power (pressure loss) is required for the larger aspect ratio due to the higher flow instability.
This work comes within the framework of the "Benchmark on the Aerodynamics of a Rectangular Cylinder" that investigates a rectangular cylinder of length-to-depth ratio equal to 5. The present study reports and discusses velocity fields acquired using planar Particle Image Velocitmetry for several angles of attack and Reynolds numbers. In particular, for a cylinder depth-based Reynolds number of 2 × 104 and zero incidence angle, the flow features along the lateral (parallel to the freestream) upper and lower surfaces of the cylinder are reported. Using first and second order statistics of the velocity field, the main flow features are discussed, especially the size and location of the time-averaged flow structures and the distribution of the Reynolds stresses. The variation of the flow features with the incidence is also studied considering angles of attack up to 6°. It is shown that the time-averaged flow is fully detached for incidence higher than 2°. For an angle of attack of 0°, the effects of the Reynolds number varying between 5 × 103 and 2 × 104 are investigated looking at flow statistics. It is shown that the time-averaged location of the reattachment point and the shape and position of the time-averaged main vortex are mostly constant with the Reynolds number. However, the size of the inner region located below the time-averaged shear layer and just downstream the leading edge corner appears to be strongly dependent on the Reynolds number.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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