Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.5
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pp.349-357
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2009
Effect of computational domain size in simulating of periodic obstacle flow has been investigated for the flow past tube banks. Reynolds number, defined by freestream velocity ($U_{\infty}$) and cylinder diameter (d), was fixed as 200, and center-to-center distance (P) as 1.5d. In-line square array and staggered square array were considered. Drag coefficient, lift coefficient and Strouhal number were calculated depending on domain size. Circular cylinders were implemented on a Cartesian grid system by using an immersed boundary method. Boundary condition is periodic in both streamwise and lateral directions. Previous studies in literature often use a square domain with a side length of P, which contains only one cylinder. However, this study reveals that the domain size is improper. Especially, RMS values of flow-induced forces are most sensitive to the domain size.
Park, Jun-Yong;Lee, Myeong-Jae;Lee, Seung-Jin;Lee, Seung-Bae
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.8
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pp.580-588
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2009
This paper summarizes the experimentally-measured performance of small-scale, vertical-axis wind turbine for the purpose of improving the aerodynamic efficiency and its controllability. The turbine is designed to have a Savonius-Type rotor with an inlet guide-vane and an side guide-vane so that it achieves a higher efficiency than any lift- or drag-based turbines. The main design factors for this high-efficient, vertical wind turbine are the number of blades (Z), and the aspect ratio of Height/Diameter (H/D) among many. The basic model has the diameter of 580mm, the height of 464mm, and the blade number of 10. The maximum power coefficient of 0.50 was experimentally measured for the above-mentioned specifications. The inlet-guide vane ensures the maximum efficiency when the angle of attack to the rotor blade lies between $15^{\circ}$ and $20^{\circ}$. This experimental results for the vertical-axis wind turbine can be applied to the preliminary design of turbine output curve based on the wind characteristics at the proposed site by controlling its aerodynamic performance given as a priori.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.7
no.4
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pp.566-576
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1995
A Computational code has been developed in order to design axial fans by the numerical optimization techniques incorporated with flow analysis code solving three-dimensional Navier-Stokes equation. The steepest descent method and the conjugate gradient method are used to look for the search direction in the design space, and the golden section method is used for one-dimensional search. To solve the constrained optimization problem, sequential unconstrained minimization technique, SUMT, is used with imposed quadratic extended interior penalty functions. In the optimization of two-dimensional cascade design, the ratio of drag coefficient to lift coefficient is minimized by the design variables such as maximum thickness, maximum ordinate of camber and chord wise position of maximum ordinate. In the application of this numerical optimization technique to the design of an axial fan, the efficiency is maximized by the design variables related to the sweep angle distributed by quadratic function along the hub to tip of fan.
Kim, Beom-Seok;Nam, Chung-Do;Kim, You-Taek;Kim, Jin-Gu;Lee, Young-Ho
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2005.11a
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pp.168-169
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2005
The optimum design and the performance analysis software called POSEIDON for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) was developed by use of BEMT. The Prandtl's tip loss theory was adopted to consider the blade tip loss. The lift and the drag coefficient of S-809 airfoil were predicted via X-FOIL and also the post stall characteristics of S-809 were estimated by the Viterna's equations. All the predicted aerodynamic characteristics are fairly well agreed with the wind tunnel test results, performed by Sommers in Delft university of technology. The rated power of the testing rotor is 20kW(FIL-20) at design conditions. The experimental aerodynamic parameters and the X-FOIL data were used for the power prediction of the FIL-20 respectively. The comparison results shows good agreement in power prediction.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.43
no.1
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pp.49-61
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2007
Otter boards in the trawl are the one of essential equipments for the net mouth to be spread to the horizontal direction. Its performance should be considered in the light of the spreading force to the drag and the stability of towing in the water. Up to the present, studies of the otter boards have focused mainly on the drag and lift force, but not on the stability of otter boards movement in 3 dimensional space. In this study, the otter board is regarded as a rigid body, which has six degrees of freedom motion in three dimensional coordinate system. The forces acting on the otter boards are the underwater weight, the resistance of drag and spread forces and the tension on the warps and otter pendants. The equations of forces were derived and substituted into the governing equations of 6 degrees of freedom motion, then the second order of differential equations to the otter boards were established. For the stable numerical integration of this system, Backward Euler one of implicit methods was used. From the results of the numerical calculation, graphic simulation was carried out. The simulations were conducted for 3 types of otter boards having same area with different aspect ratio(${\lambda}=0.5,\;1.0,\;1.5$). The tested gear was mid-water trawl and the towing speed was 4k't. The length of warp was 350m and all conditions were same to each otter board. The results of this study are like this; First, the otter boards of ${\lambda}=1.0$ showed the longest spread distance, and the ${\lambda}=0.5$ showed the shorted spread distance. Second, the otter boards of ${\lambda}=1.0$ and 1.5 showed the upright at the towing speed of 4k't, but the one of ${\lambda}=0.5$ heeled outside. Third, the yawing angles of three otter boards were similar after 100 seconds with the small oscillation. Fourth, it was revealed that the net height and width are affected by the characteristics of otter boards such as the lift coefficient.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.8
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pp.758-766
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2010
The design procedure of Solar Power UAVs is complicated because the configuration and required power for flight must be considered simultaneously as the supplied power is influenced by the wing area. In order to minimize trial and error for the Solar Power UAVs design, a systematic sizing method is proposed which can be used to determine whether a Solar Power UAV is feasible for a given mission, and to derive preliminary dimensional specification of it. The sizing procedure begins with initially assumed wing area because the power, lift, and drag of the wing are directly proportional to it. The assumed wing area and mission requirements are then used to determine step by step the airfoil specifications including lift coefficient and drag coefficient, weight, required power, and wing area. This procedure is iterated for each newly assumed wing area until the error between the assumed wing area and calculated wing area becomes significantly small enough. This sizing methodology was applied to previously developed Solar Power UAVs for validation purposes, resulting in good agreement. The methodology was also applied to determine the dimensions and specifications of the Solar Power High-Altitude Long-Endurance UAV.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.26
no.7
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pp.931-941
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2020
There is a growing interest this paper for ocean sensing where autonomous vehicles can play an essential role in assisting engineers, researchers, and scientists with environmental monitoring and collecting oceanographic data. This study was conducted to develop a rigid sail for the autonomous sailing drone. Our study aims to numerically analyze the aerodynamic characteristics of curvy twin sail and compare it with wing sail. Because racing regulations limit the sail shape, only the two-dimensional geometry (2D) was open for an optimization. Therefore, the first objective was to identify the aerodynamic performance of such curvy twin sails. The secondary objective was to estimate the effect of the sail's spacing and shapes. A viscous Navier-Stokes flow solver was used for the numerical aerodynamic analysis. The 2D aerodynamic investigation is a preliminary evaluation. The results indicated that the curvy twin sail designs have improved lift, drag, and driving force coefficient compared to the wing sails. The spacing between the port and starboard sails of curvy twin sail was an important parameter. The spacing is 0.035 L, 0.07 L, and 0.14 L shows the lift coefficient reduction because of dramatically stall effect, while flow separation is improved with spacing is 0.21 L, 0.28 L, and 0.35 L. Significantly, the spacing 0.28 L shows the maximum high pressure at the lower area and the small low pressure area at leading edges. Therefore, the highest lift was generated.
The flying wing configuration with high sweep angles and rounded leading edge represent a complex flow of structures by the leading edge vortex. For control of the tailless flying wing configuration with unstable directional stability, flaperon is used. In this study, we conducted numerical simulations for a non-slender flying wing configuration with a rounded leading edge and analyzed the effect of the sideslip angle and flaperon. Through aerodynamic coefficient analysis, it was found that the effect of AoS on lift and drag coefficient was minimal and the side force and moment coefficient were markedly influenced by AoS. As the sideslip angle increased, the pitch break, which is related to the pitching moment coefficient, was delayed. Through stability analysis, the directional and lateral static stability of the flying wing configuration were increased by flaperon. Also, the structure and behavior of the leading edge vortex were analyzed by observing the contour of the pressure coefficient and the skin friction line.
Flow interference is investigated between two tripped cylinders of identical diameter D at stagger angle ${\alpha}=0^{\circ}{\sim}180^{\circ}$ and gap spacing ratio $P^*$ (= P/D) = 0.1 ~ 5, where ${\alpha}$ is the angle between the freestream velocity and the line connecting the cylinder centers, and P is the gap width between the cylinders. Two tripwires, each of diameter 0.1D, were attached on each cylinder at azimuthal angle ${\beta}={\pm}30^{\circ}$, respectively. Time-mean drag coefficient ($C_D$) and fluctuating drag ($C_{Df}$) and lift ($C_{Lf}$) coefficients on the two tripped cylinders were measured and compared with those on plain cylinders. We also conducted surface pressure measurements to assimilate the fluid dynamics around the cylinders. $C_D$, $C_{Df}$ and $C_{Lf}$ all for the plain cylinders are strong function of ${\alpha}$ and $P^*$ due to strong mutual interference between the cylinders, connected to six interactions (Alam and Meyer 2011), namely boundary layer and cylinder, shear-layer/wake and cylinder, shear layer and shear layer, vortex and cylinder, vortex and shear layer, and vortex and vortex interactions. $C_D$, $C_{Df}$ and $C_{Lf}$ are very large for vortex and cylinder, vortex and shear layer, and vortex and vortex interactions, i.e., the interactions where vortex is involved. On the other hand, the interference as well as the strong interactions involving vortices is suppressed for the tripped cylinders, resulting in insignificant variations in $C_D$, $C_{Df}$ and $C_{Lf}$ with ${\alpha}$ and $P^*$. In most of the (${\alpha}$, $P^*$ ) region, the suppressions in $C_D$, $C_{Df}$ and $C_{Lf}$ are about 58%, 65% and 85%, respectively, with maximum suppressions 60%, 80% and 90%.
Large Eddy Simulation (LES) is used to study the effects of steady slot suction on the aerodynamic forces of and flow around a wall-mounted finite-length square cylinder. The aspect ratio H/d of the tested cylinder is 5, where H and d are the cylinder height and width, respectively. The Reynolds number based on free-stream oncoming flow velocity U∞ and d is 2.78×104. The suction slot locates near the leading edge of the free end, with a width of 0.025d and a length of 0.9d. The suction coefficient Q (= Us/U∞) is varied as Q = 0, 1 and 3, where Us is the velocity at the entrance of the suction slot. It is found that the free-end steady slot suction can effectively suppress the aerodynamic forces of the model. The maximum reduction of aerodynamic forces occurs at Q = 1, with the time-mean drag, fluctuating drag, and fluctuating lift reduced by 3.75%, 19.08%, 40.91%, respectively. For Q = 3, all aerodynamic forces are still smaller than those for Q = 0 (uncontrolled case), but obviously higher than those for Q = 1. The involved control mechanism is successfully revealed, based on the comparison of the flow around cylinder free end and the near wake for the three tested Q values.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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