Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.10
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pp.895-900
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2013
A two-dimensional Stokes flow past a circular cylinder in a channel is analyzed. The circular cylinder is located at the center of the channel, and a plane Poiseuille flow exists upstream and downstream far from the circular cylinder. The Stokes approximation is used, and the flow is investigated analytically by using the eigenfunction expansion and the least square methods. From the analysis, the stream function and pressure distribution are obtained, and the pressure and shear stress distributions on the circular cylinder and channel wall are calculated. The additional pressure drop induced by the circular cylinder and the force exerted on it are calculated as functions of the length of the radius of the circular cylinder. For a typical length of the radius of the circular cylinder, the streamline pattern and pressure distribution are shown.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.2
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pp.261-268
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2002
Turbulent flow past a square cylinder confined in a channel is numerically investigated by Large Eddy Simulation(LES). The main objectives of this study are to verify the experimental results of Nakagawa et al.[Exp. in Fluids, Vol. 27, 3, pp. 284∼294, 1999] by LES and to obtain related flow information in detail. The LES results obtained are in excellent agreement with the experiment both qualitatively and quantitatively. The passive paticles numerically released into the flow field clearly show the barman vortex street. However, the vortices shed from the cylinder are significantly affected by the presence of the plates. Futhermore, periodic and alternating vortex-rollups are observed in the vicinity of the plates. The rolled-up vortex is convected downstream together with the corresponding Karman vortex forming a counter-rotating vortex pair. It is also revealed that the cylinder greatly enhances mixing process of the flow.
The flow around free end of a finite circular cylinder(FC) embedded in an atmospheric boundary layer has been investigated experimentally. The experiments were carried out in a closed-return type subsonic wind tunnel with varying aspect ratio of the finite cylinder mounted vertically on a flat plate. The wake structures behind a 2-D cylinder and a finite cylinder located in a uniform flow were also measured for comparison. Reynolds number based on the cylinder diameter was about Re=20,000. A hot-wire anemometer was employed to measure the wake velocity and the mean pressure distributions on the cylinder surface were also measured. The flow past the FC free end shows a complicated three-dimensional wake structure and flow phenomenon is quite different from that of 2-D cylinder. The three-dimensional flow structure was attributed to the downwashing counter rotating vortices separated from the FC free end. As the FC aspect ratio decreases, the vortex shedding frequency is decreased and the vortex formation length is increased compared to that of 2-D cylinder. Due to the descending counter-rotating twin-vortex, in the region near the FC free end, regular vortex shedding from the cylinder is suppressed and the vortex formation region is hardly established. In the wake center region, the mean velocity for the FC located in atmospheric boundary layer has large velocity deficit, compared to that of uniform flow.
Turbulent flow past an inclined square cylinder immersed in a cross stream is numerically investigated. The angle of incidence of main flow is one of the key factors determining at which edges the flow separates. In the present study, based on comprehensive numerical simulations, effects of inclination angle on the flow characteristics are elucidated and the related physical explanation is presented.
The characteristics of flow past a square cylinder submerged under the free surface have been numerically studied. An immersed boundary method was adopted for implementation of the cylinder cross-section in a Cartesian grid system. Also, a level-set method was used to capture the interface of the two fluids. The case for Reynolds number 150 was examined. At the specific Reynolds number, by varying the gap ratio(0.25, 0.40, 0.55, 0.70, 1.00, 1.50, 2.50, 5.00) the effects of the free surface on the force coefficients and Strouhal number of vortex shedding were identified. The presence of the free surface very close to the cylinder significantly affects the shedding pattern, resulting in considerable deviation of the force coefficients and Strouhal number from those of the single-phase flow. In addition, the influence of Froude number was considered in this study. By increasing Froude number(0.2-0.4), flow topology change was identified at the specific gap ratios(0.40, 0.70, 1.50, 5.00).
This work investigates Reynolds number Re (= 50 - 200) effects on the flows around a single cylinder and the two tandem (center-to-center spacing L⁎= L/D = 4) cylinders, each of a diameter D. Vorticity structures, Strouhal numbers, and time-mean and fluctuating forces are presented and discussed. For the single cylinder, with increasing Re in the range examined, the vorticity magnitude, Strouhal number and fluctuating lift all monotonically rise but time-mean drag, vortex formation length, and lateral distance between the two rows of vortices all shrink. For the two tandem cylinders, the increase in Re leads to the formation of three distinct flows, namely reattachment flow (50 ≤ Re ≤ 75), transition flow (75 < Re < 100), and coshedding flow (100 ≤ Re ≤ 200). The reattachment flow at Re = 50 is steady. When Re is increased from 75 to 200, the Strouhal number of the two cylinders, jumping from 0.113 to 0.15 in the transition flow regime, swells to 0.188. The two-cylinder flow is more sensitive to Re than the single cylinder flow. Fluctuating lift is greater for the downstream cylinder than the upstream cylinder while time-mean drag is higher for the upstream cylinder than for the other. The time-mean drags of the upstream cylinder and single cylinder behaves similar to each other, both declining with increasing Re.
Numerical investigation has been carried out for laminar flow past an inclined square cylinder in cross freestream. In particular, inclination of a square cylinder with respect to the main flow direction can cause sudden shift of the separation points to other edges, resulting in drastic change of flow-induced forces on the cylinder such as Strouhal number (St) of vortex shedding, drag and lift forces on the cylinder, depending upon the inclination angle. Collecting all the numerical results obtained, we propose contour diagrams of drag/lift coefficients and Strouhal number on an Re-Angle plane. This study would be the first step towards understanding flow-induced forces on cylindrical structures under a strong gust of wind from the viewpoint of wind hazards.
A Numerical study of laminar vortex-shedding past a circular cylinder has been performed widely by many researchers. Many factors, such as numerical technique and domain size, number and shape of grid, affected predicting vortex shedding and Strouhal number. In the present study, the effect of convection scheme, time discretization methods and grid dependence were investigated. The present paper presents the finite volume solution of unsteady flow past circular cylinder at Re=200, 400. The Strouhal number was predicted using UDS, CDS, Hybrid, Power-law, LUDS, QUICK scheme for convection term, implicit and crank-nicolson methods for time discretization. The grid dependence was investigated using H-type mesh and O-type mesh. It also studied that the effect of mesh size of the nearest adjacent grid of circular cylinder. The effect of convection scheme is greater than the effect of time discretization on predicting Strouhal. It has been found that the predicted Strouhal number changed with mesh size and shape.
High-resolution simulations using vortex methods have been performed for simulating unsteady viscous flows around an impulsively started square cylinder. In order to investigate the phenomenon from laminar to transition flow, simulations are performed for Reynolds numbers 25, 50, 150 and 250. At extremely low Reynolds number, flow around a square cylinder is known to separate at the trailing edges rather than the leading edges. With an increase of Reynolds number, the flow separation at the leading edges will be developed. The main flow characteristics of developing recirculation region and separations from leading and trailing edges are studied with the unsteady behavior of the wake after the cylinder starts impulsively. A notable change in the flow evolution is found at Re=150, that is, it is shown that the flow separations begin at both leading and trailing edges of the square cylinder. On the other hand, when Re=250, the strong secondary vorticity from the rear surfaces of the square cylinder increases the drag coefficient as the primary vortex layer is pushed outwards. The comparisons between results of the present study and experimental data show a good consistency.
Large Eddy Simulations (LES) were carried out to investigate the aerodynamic characteristics of a rectangular cylinder with side ratio B/D=5 at Reynolds number Re=22,000 (based on cylinder thickness). Particular attention was devoted to the effects of velocity shear in the oncoming flow. Time-averaged and unsteady flow patterns around the cylinder were studied to enhance understanding of the effects of velocity shear. The simulation results showed that the Strouhal number has no significant variation with oncoming velocity shear, while the peak fluctuation frequency of the drag coefficient becomes identical to that of the lift coefficient with increase in velocity shear. The intermittently-reattached flow that features the aerodynamics of the 5:1 rectangular cylinder in non-shear flow becomes more stably reattached on the high-velocity side, and more stably separated on the low-velocity side. Both the mean and fluctuating drag coefficients increase slightly with increase in velocity shear. The mean and fluctuating lift and moment coefficients increase almost linearly with velocity shear. Lift force acts from the high-velocity side to the low-velocity side, which is similar to that of a circular cylinder but opposite to that of a square cylinder under the same oncoming shear flow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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