The Flow patterns around two cylinders in various arrangements were studied by a discrete vortex method. The flow for the surface of each cylinder was represented by arranging bound vortices at adequate intervals. The viscous diffusion of fluid was represented by the random walk method. The vortex distributions, streaklines, timelines and velocity vectors around two cylinders were calculated for centre-to-centre pitch rations of P/D=1.5 and 2.5, attack angles of $\alpha=0^{\circ},\;30^{\circ},\;60^{\circ},\;and\;90^{\circ}$, correspond to the photographs by flow visualization and the flow intereference between two cylinders in var ious arrangements was clearly visualized by a numerical simulation.
The funnel-shaped vortex structure of tornadoes results in a spatiotemporally varying wind velocity (speed and direction) field. However, very limited full-scale tornado data along the height and radius positions are available to identify and reliably establish a description of complex vortex structure together with the resulting aerodynamic effects on the high-speed train (HST). In this study, the improved delayed detached eddy simulation (IDDES) for flow structures and aerodynamic pressures around an HST under tornado-like winds are conducted to provide high-fidelity computational fluid dynamics (CFD) results. To demonstrate the accuracy of the numerical method adopted in this study, both field observations and wind-tunnel data are utilized to respectively validate the simulated tornado flow fields and HST aerodynamics. Then, the flow structures and aerodynamic pressures (as well as aerodynamic forces and moments) around the HST at various locations within the tornado-like vortex are comprehensively compared to highlight the importance of considering the complex spatiotemporal wind features in the HST-tornado interactions.
The laser Doppler technique is well-established as a velocity measurement technique of high precision for flow velocity. Recently, the laser Doppler technique has also been used to measure acceleration of fluid particles. Acceleration is interesting from a fluid mechanics point of view, since the Navier Stokes equations, specifically the left-hand-side, are formulated in terms of fluid acceleration. Further, there are several avenues to estimating the dissipation rate using the acceleration. However such measurements place additional demands on the design of the optical system; in particular fringe non-uniformity must be held below about 0.0001 to avoid systematic errors. Relations expressing fringe divergence as a function of the optical parameters of the system have been given in the literature; however, direct use of these formulae to minimize fringe divergence lead either to very large measurement volumes or to extremely high intersection angles. This dilemma can be resolved by using an off-axis receiving arrangement, in which the measurement volume is truncated by a pinhole in front of the detection plane. In the present study an optical design study is performed for optimizing laser Doppler systems for fluid acceleration measurements. This is followed by laboratory validation using a round free jet and a stagnation flow, two flows in which either fluid acceleration has been previously measured or in which the acceleration is known analytically. A 90 degree off-axis receiving angle is used with a pinhole or a slit.
In this study, blood flow in a carotid artery supplying blood to the human's brain has been numerically simulated to find out how the blood flow affects the genesis and the growth of atherosclerosis and arterial thrombosis. Velocity Profiles and hemodynamic parameters have been investigated for the carotid arteries with three different stenoses under physiological flow condition. Blood has been treated as Newtonian and non-Newtonian fluid. To model the shear thinning properties of blood for non-Newtonian fluid, the Carreau-Yasuda model has been employed. The result shows that the wall shear stress(WSS) increases with the development of stenosis and that the wall shear stress in Newtonian fluid is highly evaluated compared with that in non-Newtonian Fluid. Oscillatory shear index has been employed to identify the time-averaged reattachment point and this point is located farther from the stenosis for Newtonian fluid than for non-Newtonian fluid The wall shear stress gradient(WSSG) along the wall has been estimated to be very high around the stenosis region when stenosis is developed much and the WSSG peak value of Newtonian fluid is higher than that of non-Newtonian fluid.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.33
no.1
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pp.62-70
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2009
In this paper, the fluid flow behavior past a pair of rectangular cylinders placed in a two dimensional horizontal channel has been investigated using Lattice-Boltzmann Method(LBM). The LBM has built up on the D2Q9 model and the single relaxation time method called the Lattice-BGK(Bhatnagar-Gross-Krook)model. Streamlines, velocity, vorticity and pressure contours are provided to analyze the important characteristics of the flow field for a wide range of non dimensional parameters that present in our simulation. Special attention is paid to the effect of spacing(d) between two cylinders and the blockage ratio A(=h/H), where H is the channel height and h is the rectangular cylinder height. for different Reynolds numbers. The first cylinder is called upstream cylinder and the second one as downstream cylinder. The downstream fluid flow fields have been more influenced by its blockage ratios(A) and Reynolds numbers(Re) whereas the upstream flow patterns(in front of downstream cylinder) by the gap length(d) between two cylinders. Moreover, it is observed that after a certain gap, both upstream and downstream flow patterns are almost similar size and shape. The simulation result has been compared with analytical solution and it is found to be in excellent agreement.
The objective of the present study is to analyze the fluid flow with moving boundary using a finite element method. The algorithm uses a fractional step approach that can be used to solve low-speed flow with large density changes due to intense temperature gradients. The explicit Lax-Wendroff scheme is applied to nonlinear convective terms in the momentum equations to prevent checkerboard pressure oscillations. The ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) method is adopted for moving grids. The numerical algorithm in the present study is validated for two-dimensional unsteady flow in a driven cavity and a natural convection problem. To extend the present numerical method to engine simulations, a piston-driven intake flow with moving boundary is also simulated. The density, temperature and axial velocity profiles are calculated for the three-dimensional unsteady piston-driven intake flow with density changes due to high inlet fluid temperatures using the present algorithm. The calculated results are in good agreement with other numerical and experimental ones.
The vibration of fuel rods in axial flow is a universally recognized issue within both engineering and academic communities due to its significant importance in ensuring structural safety. This paper aims to thoroughly investigate the stability and nonlinear vibration of a fuel rod subjected to axial flow in a newly designed high temperature gas cooled reactor. Considering the possible presence of thermal expansion and large deformation in practical scenarios, the thermal effect and geometric nonlinearity are modeled using the von Karman equation. By applying Hamilton's principle, we derive the comprehensive governing equation for this fluid-structure interaction system, which incorporates the quadratic nonlinear stiffness. To establish a connection between the fluid and structure aspects, we utilize the Galerkin method to solve the perturbation potential function, while employing mode expansion techniques associated with the structural analysis. Following convergence and validation analyses, we examine the stability of the structure under various conditions in detail, and also investigate the bifurcation behavior concerning the buckling amplitude and flow velocity. The findings from this research enhance the understanding of the underlying physics governing fuel rod behavior in axial flow under severe yet practical conditions, while providing valuable guidance for reactor design.
Kangfei Shi;Yu Cao;Zhanying Zheng;Shun Lu;Menglong Liu
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.9
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pp.3812-3825
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2024
The axial-flow-induced vibration of fuel rods in the nuclear power plant is closely related to nuclear safety. In this article, a numerical study is performed on vibration of two elastic cylinders arranged side-by-side in axial flow. Large eddy simulation is employed to predict the turbulent flow. The numerical method has been verified using the experimental root-mean-square vibration amplitude of a single cylinder. A wide range of inflow velocities u*, incident turbulence intensity Tu and space ratio P/D have been examined, where D and P are the diameter and centre-to-centre distance of the cylinders, respectively. The results show that the vibration amplitudes increase with an increasing u*, comparable to the case of a single cylinder in axial flow. However, the two cylinders could bend outwards during a relatively high u* and low Tu. Although Tu significantly affects the amplitudes of the cylinders, it does not change the vibration frequency and the critical velocity at which buckling instability occurs. As the gap between the two cylinders is sufficiently small, the vibration amplitude enhances significantly due to the pronounced hydrodynamic interaction between the two elastic cylinders and surrounding fluid. The direction of buckling is no longer random but fixed.
The rotating inner cylinder executes a periodic translational motion in concentric annulus while the outer one is stationary. In the study of flow-induced vibrations and relaxed instabilities, it is of interest to evaluate the fluid-dynamic forces acting on the rotating inner cylinder. In the present work, the governing equations for the confined flow are expressed as Navier-Stokes equations, including the steady and unsteady terms. The fluid parameters for steady flow generated by the rotating cylinder are determined analytically while the unsteady ones by the oscillatory motion are evaluates by a numerical method based on the spectral collocation method. In order to validate the numerical approach, the numerical results are compared wish the analytical ones given by existing theories, for simple cases where the both approaches are applicable. Good agreement was found between the results. It is found the effects of the Reynolds number, defined by rotating velocity, on the fluid-dynamic forces are important for the case of relatively low oscillatory Reynolds number, defined by oscillatory frequency : j.e., in case of $Re_\omega\gg Re_S$.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.3
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pp.307-317
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2018
In this study, numerical investigations of the tip clearance flow characteristics of a pumpjet propulsor based on Computational Fluid Dynamics (CFD) method have been presented. The Zwart-Gerber-Belamri (Z-G-B) cavitation model based on Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) method is employed. The structured gird is applied. The formation and development of the tip clearance flows has been investigated and presented. The structure of the tip leakage vortex has been shown. The radial distributions of different velocity components with different Span along the axial direction have been carried out to present the influence of the tip clearance flow on the main flow. In addition, the influences of the tip clearance size on the pumpjet propulsor performance, including the impact on the velocity flow fields and the cavitation characteristic, have been presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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