Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.118-131
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1991
The effects of free surface on vortex shedding phenomena around a bluff body were studied by both numerical simulation and flow visualization experiments. A vortex method, which approximates the vorticity field as the sum of discrete vortices; was used for the numerical simulation. Flow visualization experiments were performed in the KRISO cavitation tunnel. Hydrogen bubble was used as illumination material. Free surface elevation was also measured during experiments. The hydrodynamic drag and lift were predicted by numerical simulation. The predicted period of vortex shedding was compared with the results of experiments.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.5
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pp.625-631
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2011
The passive control of fluid force acting on a square prism near a plane wall was studied by attaching horizontal splitter plate on the corner of the prism. The width of the splitter plate was 10% of the square width. The experiments were performed by measuring of fluid force on the prism and by visualization of the flow field using PIV. The experimental parameters were the attaching position and the space ratios G/B between the prism and wall. The flow between the prism and wall was remarkable and Karman vortex in the wake of the prism was considerable in the space ratio over 0.4. The point of inflection of average lift coefficient and Strouhal number on the prism were represented at the space ratio G/B=0.4 for the prototype prism and G/B=0.6 for the prism having horizontal splitter plate. The drag of the prism was reduced average 4.5% with the space ratios by attaching the horizontal splitter plate at the rear and lower corner on the prism. In this case, the size of the separated region on the upside of the prism was smaller than that of prism without the splitter plate.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.4
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pp.648-656
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2022
As environmental regulations such as the International Maritime Organization (IMO)'s strategy to reduce greenhouse gases(GHG) are strengthened, technology development such as eco-friendly ships and alternative fuels is expanding. As part of this, ship propulsion technology using energy reduction and wind propulsion technology is emerging, especially in shipping companies and shipbuilders. By securing wind propulsion technology and introducing empirical research into shipbuilding and shipping, a high value-added market using eco-friendly technology can be created. Moreover, by reducing the fuel consumption rate of operating ships, GHG can be reduced by 6-8%. Rotor Sail (RS) technology is to generate a hydrodynamic lift in the vertical direction of the cylinder when the circular cylinder rotates at a constant speed and passes through the fluid. This is called the Magnus effect, and this study attempted to propose a plan to increase propulsion efficiency through a numerical analysis study on turbulence flow characteristics around RS, a wind power assistance propulsion system installed on a ship. Therefore, CL and CD values according to SR and AR changes were derived as parameters that affect the aerodynamic force of the RS, and the flow characteristics around the rotor sail were compared according to EP application.
Flapping-wing air vehicles, well known for their free vertical take-off and excellent flight capability, are currently under intensive development and research. While most of the studies have explored the effect of various parameters of synchronized motions on the unsteady aerodynamics of flapping wings, limited attention has been given to the effect of nonsynchronous motions on the unsteady aerodynamic characteristics of flapping wings. In the present study, we conducted a numerical analysis to investigate the unsteady aerodynamic characteristics of an airfoil flapping with different frequency ratios between pitch and heave oscillations. We identified the motions and angle of attacks due to nonsynchronous motions. It was found that the synchronous motion produced thrust with zero lift, but the nonsynchronous motion generated a large lift with little drag. The aerodynamic characteristics of the airfoil undergoing the non-synchronous motion were also analyzed using the vorticity distributions and the pressure coefficient around and on the airfoil. When r was equal to 0.5, larger leading and trailing edge vortices were observed compared to the case when r was equal to 1.0, and these vortices significantly affected the aerodynamic characteristics of the airfoil undergoing the nonsynchronous motion. In future, the effect of pitch amplitude on the unsteady aerodynamic characteristics of the airfoil will be studied.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.1
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pp.1-9
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2018
Lambda wing type Unmanned Combat Aerial Vehicle(UCAV) which adopts Blended Wing Body(BWB) has relatively less drag and more stealth performance than conventional aircraft. However, Pitching moment is rapidly increased at a specific angle of attack affected by leading edge vortex due to leading edge sweep angle. Wind tunnel testing and numerical analysis were carried out with UCAV 1303 configuration on condition of 50 m/s of flow velocity, $-4^{\circ}{\sim}28^{\circ}$ of the range of angle-of-attack. The effect of wing twist for longitudinal stability at the various angles of attack was verified in this study. When negative twist is applied on the wing, Pitch-break was onset at higher angle of attack due to delayed flow separation on outboard of the wing. On the other hand, pitch-break was onset at lower angle of attack and lift-to-drag ratio was increased when positive twist is applied on the wing.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.1
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pp.9-18
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2016
The slender structures such as high rise building or marine riser are highly susceptible to dynamic force exerted by fluid-structure interactions among which vortex-induced vibration(VIV) is the main cause of dynamic unstability of the structural system. If VIV occurs in natural frequency regime of the structure, fatigue failure likely happens by so-called lock-in phenomenon. This study presents the numerical analysis of dynamic behavior of both structure and fluid in the lock-in regimes and investigates the subjacent phenomena to hold the resonance frequency in spite of the change of flow condition. Unsteady and laminar flow was considered for a two-dimensional circular cylinder which was assumed to move freely in 1 degree of freedom in the direction orthogonal to the uniform inflow. Fluid-structure interaction was implemented by solving both unsteady flow and dynamic motion of the structure sequentially in each time step where the fluid domain was remeshed considering the movement of the body. The results show reasonable agreements with previous studies and reveal characteristic features of the lock-in phenomena. Not only the lift force but also drag force are drastically increasing during the lock-in regime, the vertical displacement of the cylinder reaches up to 20% of the diameter of the cylinder. The correlation analysis between lift and vertical displacement clearly show the dramatic change of the phase difference from in-phase to out-of-phase when the cylinder experiences lock-in. From the results, it can be postulated that the change of phase difference and flow condition is responsible for the resonating behavior of the structure during lock-in.
Bhatt, Rajesh;Maiti, Dilip K.;Alam, Md. Mahbub;Rehman, S.
Wind and Structures
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v.26
no.5
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pp.331-341
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2018
A numerical study on the flow over a square cylinder in the vicinity of a wall is conducted for different Couette-Poiseuille-based non-uniform flow with the non-dimensional pressure gradient P varying from 0 to 5. The non-dimensional gap ratio L (=$H^{\ast}/a^{\ast}$) is changed from 0.1 to 2, where $H^{\ast}$ is gap height between the cylinder and wall, and $a^{\ast}$ is the cylinder width. The governing equations are solved numerically through finite volume method based on SIMPLE algorithm on a staggered grid system. Both P and L have a substantial influence on the flow structure, time-mean drag coefficient ${\bar{C}}_D$, fluctuating (rms) lift coefficient ($C_L{^{\prime}}$), and Strouhal number St. The changes in P and L leads to four distinct flow regimes (I, II, III and IV). Following the flow structure change, the ${\bar{C}}_D$, $C_L{^{\prime}}$, and St all vary greatly with the change in L and/or P. The ${\bar{C}}_D$ and $C_L{^{\prime}}$ both grow with increasing P and/or L. The St increases with P for a given L, being less sensitive to L for a smaller P (< 2) and more sensitive to L for a larger P (> 2). A strong relationship is observed between the flow regimes and the values of ${\bar{C}}_D$, $C_L{^{\prime}}$ and St. An increase in P affects the pressure distribution more on the top surface than on bottom surface while an increase in L does the opposite.
CFD (computational fluid dynamics) analyses that considered the dynamic interaction effects between the flow and a turbine were performed to evaluate the power output characteristics of two representative vertical-axis tidal-current turbines: an H-type Darrieus turbine and Gorlov helical turbine (GHT). For this purpose, a commercial CFD code, Star-CCM+, was utilized, and the power output characteristic were investigated in relation to the scale ratio using the relation between the Reynolds number and the lift-to-drag ratio. It was found that the power coefficients were significantly reduced when the scaled model turbine was used, especially when the Reynolds number was lower than $10^5$. The power output characteristics of GHT in relation to the twisting angle were also investigated using a three-dimensional CFD analysis, and it was found that the power coefficient was maximized for the case of a Darrieus turbine, i.e., a twisting angle of $0^{\circ}$, and the torque pulsation ratio was minimized when the blade covered $360^{\circ}$ for the case of a turbine with a twisting angle of $120^{\circ}$.
Kim, Jae-Heui;Jo, Hyo-Jae;Hwang, Jae-Hyuk;Jang, Min-Suk;Lee, Byeong-Seong
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.32
no.3
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pp.202-207
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2018
This paper presents the efficiency of a floating vertical axis wind turbine with variable-pitch. A model was designed to use the lift force and drag force for blades with various pitch angles. The blade's pitch angle is controlled by the stopper. To validate the efficiency of the wind turbine discussed in this paper, a model test was carried out through a single model efficiency experiment and wave tank experiment. The parameters of the single model efficiency experiment were the wind speed, electronic load, and pitch angle. The wave tank experiment was performed using the most efficient pitch angle from the results of the single model efficiency experiment. According to the results of the wave tank experiment, the surge and pitch motion of a structure slightly affect the efficiency of a wind turbine, but the heave motion has a large effect because the heights of the wind turbine and wind generator are almost the same.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.1
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pp.8-16
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2017
Most of small air vehicles with moving wing fly at low Reynolds number condition and the reduced frequency of the moving wing ranges from 0.0 to 1.0. The physical phenomena over the wing dramatically vary with the reduced frequency. This study examines experimentally the effect of the reduced frequency at low Reynolds number. The NACA0012 airfoil performs sinusoidal pitching motion with respect to the quarter chord with the four reduced frequencies of 0.1, 0.2, 0.4 and 0.76 at the Reynolds number $2.3{\times}10^4$. Smoke-wire flow visualization, unsteady surface pressure measurement, and unsteady force calculation are conducted. At the reduced frequency of 0.1 and 0.2, various boundary layer events such as reverse flow, discrete vortices, separation and reattachment change the amplitude and the rotation direction of the unsteady force hysteresis. However, the boundary layer events abruptly disappear at the reduced frequency of 0.4 and 0.76. Especially at the reduced frequency of 0.76, the local variation of the unsteady force with respect to the angle of attack completely vanishes. These results lead us to the conclusion that the unsteady aerodynamic characteristics of the reduced frequency of 0.2 and 0.4 are clearly distinguishable and the unsteady aerodynamic characteristics below the reduced frequency of 0.2 are governed by the boundary layer events.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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