Tasci, Mehmet O.;Karasu, Ilyas;Sahin, Besir;Akilli, Huseyin
Wind and Structures
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v.31
no.3
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pp.229-240
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2020
In the present work, the main features of primary vortices and the vorticity concentrations downstream of vortex bursting in crossflow plane of a delta wing with a sweep angle of Λ=70° were investigated under the variation of the sideslip angles, β. For the pre-review of flow structures, dye visualization was conducted. In connection with a qualitative observation, a quantitative flow analysis was performed by employing Particle Image Velocimetry (PIV). The sideslip angles, β were varied with four different angles, such as 0°, 4°, 12°, and 20° while angles of attack, α were altered between 25° and 35°. This study mainly focused on the instantaneous flow features sequentially located at different crossflow planes such as x/C=0.6, 0.8 and 1.0. As a summary, time-averaged and instantaneous non-uniformity of turbulent flow structures are altered considerably resulting in non-homogeneous delta wing surface loading as a function of the sideslip angle. The vortex bursting location on the windward side of the delta wing advances towards the leading-edge point of the delta wing. The trajectory of the primary vortex on the leeward side slides towards sideways along the span of the delta wing. Besides, the uniformity of the lift coefficient, CL over the delta wing plane was severely affected due to unbalanced distribution of buffet loading over the same plane caused by the variation of the sideslip angle, β. Consequently, dissimilarities of the leading-edge vortices result in deterioration of the mean value of the lift coefficient, CL.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.6
s.144
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pp.619-630
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2005
A two-frame PIV (Particle Image Velocimetry) technique is used to investigate the wake characteristics behind a marine propeller with 4 blades at high Reynolds number. For each of 9 different blade phases from $ 0^{\circ} $ to $ 80^{\circ} $, one hundred and fifty instantaneous velocity fields are measured. They are ensemble averaged to study the spatial evolution of the propeller wake in the region ranging from the trailing edge to one propeller diameter (D) downstream location. The phase-averaged mean velocity shows that the trailing vorticity is related to radial velocity jump, and the viscous wake is affected by boundary layers developed on the blade surfaces and centrifugal force. Both Galilean decomposition method and vortex identification method using swirling strength calculation are very useful for the study of vortex behaviors En the propeller wake legion. The slipstream contraction occurs in the near-wake region up to about X/D : 0.53 downstream. Thereafter, unstable oscillation occurs because of the reduction of interaction between the tip vortex and the wake sheet behind the maximum contraction point.
Koo, Bonguk;Yang, Jianming;Yeon, Seong Mo;Stern, Frederick
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.3
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pp.529-561
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2014
The two-phase turbulent flow past an interface-piercing circular cylinder is studied using a high-fidelity orthogonal curvilinear grid solver with a Lagrangian dynamic subgrid-scale model for large-eddy simulation and a coupled level set and volume of fluid method for air-water interface tracking. The simulations cover the sub-critical and critical and post critical regimes of the Reynolds and sub and super-critical Froude numbers in order to investigate the effect of both dimensionless parameters on the flow. Significant changes in flow features near the air-water interface were observed as the Reynolds number was increased from the sub-critical to the critical regime. The interface makes the separation point near the interface much delayed for all Reynolds numbers. The separation region at intermediate depths is remarkably reduced for the critical Reynolds number regime. The deep flow resembles the single-phase turbulent flow past a circular cylinder, but includes the effect of the free-surface and the limited span length for sub-critical Reynolds numbers. At different Froude numbers, the air-water interface exhibits significantly changed structures, including breaking bow waves with splashes and bubbles at high Froude numbers. Instantaneous and mean flow features such as interface structures, vortex shedding, Reynolds stresses, and vorticity transport are also analyzed. The results are compared with reference experimental data available in the literature. The deep flow is also compared with the single-phase turbulent flow past a circular cylinder in the similar ranges of Reynolds numbers. Discussion is provided concerning the limitations of the current simulations and available experimental data along with future research.
In order to examine the effects of different wind deflectors on the wind load distribution characteristics of extra-large cooling towers, a comparative study of the distribution characteristics of wind pressures on the surface of three large cooling towers with typical wind deflectors and one tower without wind deflector was conducted using wind tunnel tests. These characteristics include aerodynamic parameters such as mean wind pressures, fluctuating wind pressures, peak factors, correlation coefficients, extreme wind pressures, drag coefficients and vorticity distribution. Then distribution regularities of different wind deflectors on global and local wind pressure of extra-large cooling towers was extracted, and finally the fitting formula of extreme wind pressure of the cooling towers with different wind deflectors was provided. The results showed that the large eddy simulation (LES) method used in this article could be used to accurately simulate wind loads of such extra-large cooling towers. The three typical wind deflectors could effectively reduce the average wind pressure of the negative pressure extreme regions in the central part of the tower, and were also effective in reducing the root of the variance of the fluctuating wind pressure in the upper-middle part of the windward side of the tower, with the curved air deflector showing particularly. All the different wind deflectors effectively reduced the wind pressure extremes of the middle and lower regions of the windward side of the tower and of the negative pressure extremes region, with the best effect occurring in the curved wind deflector. After the wind deflectors were installed the drag coefficient values of each layer of the middle and lower parts of the tower were significantly higher than that without wind deflector, but the effect on the drag coefficients of layers above the throat was weak. The peak factors for the windward side, the side and leeward side of the extra-large cooling towers with different wind deflectors were set as 3.29, 3.41 and 3.50, respectively.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.5
no.4
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pp.257-266
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2000
A vertically-averaged, two-dimensional version of the Princeton Ocean Model has been applied to the South Sea to simulate the circulation driven by tides and inflows/outflows across open boundaries. To incorporate both forcing properly, a two-step modeling approach is adopted, in which the tidal circulation is first simulated by specifying the tides along the open boundaries, and then both the calculated tidal currents and the observed steady mean currents are prescribed across the open boundaries. Model results show that the steady, subtidal circulation of the South Sea is different from the residual circulation due to tidal rectification, and subtidal currents become locally as strong as tidal currents. The Cheju Current entering the model domain across the Cheju Strait flows eastward in general while shifting onshore or offshore areas following local isobaths. The Tsushima Current entering across the southern boundary reaches farther to the north in the eastern vicinity of Cheju-Do as compared to that entering across other parts of the southern boundary. The Tsushima Current turns to the east, merges with the Cheju Current, and both the Cheju and Tsushima Current exit to the East Sea through the western channel of the Korea Strait. An intensification of the outflow occurs over the deep trough adjacent to the Tsushima Island, which appears to be due to the formation of the frictional boundary layer in order to remove excess positive relative vorticity generated by an increase in the layer thickness. The circulation driven by both the tidal and inflows/outflows is different from that driven by each forcing separately in coastal areas, which implies that both forcings should be considered simultaneously in the simulation of more realistic coastal circulation.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.3
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pp.48-56
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2002
The flow characteristics around KRISO 3600TEU container ship model have been experimentally investigated in a circulating water channel. The instantaneous velocity vectors were measured using 2-frame PIV measurement system. The mean velocity fields and turbulent statistics including turbulent kinetic energy and vorticity were obtained by ensemble-averaging 400 instantaneous velocity fields. The free stream velocity was fixed at 0.6m/s and the corresponding Reynolds number was $9{\times}10^5$. The test sections were divided into two regions, three transverse sections of the wake region(Station -0.5767, -1, -3) and five longitudinal sections of the wake((Z/(B/2)=0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6). In the wake region, large-scale longitudinal vortices of nearly same strength are symmetric with respect to the wake centerline and a relatively weak secondary vortex is formed near the waterline. With going downstream, the strength of longitudinal vortex is decreased and the wake region expands.
Lee, Jun Hyeong;Bae, Ju Hyun;An, Sung Wook;Lee, Kwang Ho;Kim, Do Sam
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.31
no.3
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pp.180-198
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2019
In recent years, countries like Europe and Japan have been involved in many researches on the Low-Crested Structure (LCS) which is the method to protect beach erosion and it is regarded as an alternative to the submerged breakwaters, and compiled its results and released the design manual. In the past, studies on LCS have focused on two-dimensional wave transmission and calculating required weight of armor units, and these were mainly examined and discussed based on experiments. In this study, three-dimensional numerical analysis is performed on permeable LCS. The open-source CFD code olaFlow based on the Navier-Stokes momentum equations is applied to the numerical analysis, which is a strongly nonlinear analysis method that enables breaking and turbulence analysis. As a result, the distribution characteristics of the LCS such as water level, water flow, and turbulent kinetic energy were examined and discussed, then they were carefully compared and examined in the case of submerged breakwaters. The study results indicate that there is a difference between the flow patterns of longshore current near the shoreline, the spatial distribution of longshore and on-offshore directions of mean turbulent kinetic energy in case of submerged breakwaters and LCS. It is predicted that the difference in these results leads to the difference in sand movement.
This research work presents an experimental study's outcomes to reveal the impact of an O-ring on the flow control over a sphere placed in a turbulent boundary layer. The investigation is performed quantitatively and qualitatively using particle image velocimetry (PIV) and dye visualization. The sphere model having a diamater of 42.5 mm is located in a turbulent boundary layer flow over a smooth plate for gap ratios of 0≤G/D≤1.5 at Reynolds number of 5 × 103. Flow characteristics, including patterns of instantaneous vorticity, streaklines, time-averaged streamlines, velocity vectors, velocity fluctuations, Reynolds stress correlations, and turbulence kinetic energy (), are compared and discussed for a naked sphere and spheres having O-rings. The boundary layer velocity gradient and proximity of the sphere to the flat plate profoundly influence the flow dynamics. At proximity ratios of G/D=0.1 and 0.25, a wall jet is formed between lower side of the sphere and flat plate, and velocity fluctuations increase in regions close to the wall. At G/D=0.25, the jet flow also induces local flow separations on the flat plate. At higher proximity ratios, the velocity gradient of the boundary layer causes asymmetries in the mean flow characteristics and turbulence values in the wake region. It is observed that the O-ring with various placement angles (𝜃) on the sphere has a considerable alteration in the flow structure and turbulence statistics on the wake. At lower placement angles, where the O-ring is closer to the forward stagnation point of the sphere, the flow control performance of the O-ring is limited; however, its impact on the flow separation becomes pronounced as it is moved away from the forward stagnation point. At G/D=1.50 for O-ring diameters of 4.7 (2 mm) and 7 (3 mm) percent of the sphere diameter, the -ring exhibits remarkable flow control at 𝜃=50° and 𝜃=55° before laminar flow separation occurrence on the sphere surface, respectively. This conclusion is yielded from narrowed wakes and reductions in turbulence statistics compared to the naked sphere model. The O-ring with a diameter of 3 mm and placement angle of 50° exhibits the most effective flow control. It decreases, in sequence, streamwise velocity fluctuations and length of wake recovery region by 45% and 40%, respectively, which can be evaluated as source of decrement in drag force.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.25
no.3
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pp.55-66
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2020
Near-inertial waves (NIW) which are primarily generated by wind can contribute to vertical mixing in the ocean. The energetic NIW can be generated by typhoon due to its strong wind and preferable wind direction changes especially on the right-hand side of the typhoon. Here we investigate the generation and distribution of NIW using the output of a real-time ocean forecasting system. Five-year model outputs during 2013-2017 are analyzed with a focus on cases of energetic NIW generation by the passage of three typhoons (Halong, Goni, and Chaba) over the East Sea. Calculations of wind energy input (${\bar{W}}_I$), and horizontal kinetic energy in the mixed layer (${\bar{HKE}}_{MLD}$) reveal that the spatial distribution of ${\bar{HKE}}_{MLD}$, which is strengthened at the right-hand side of typhoon tracks, is closely related with ${\bar{W}}_I$. Horizontal kinetic energy in the deep layer (${\bar{HKE}}_{DEEP}$) shows patch-shaped distribution mainly located at the southern side of the East Sea. Spatial distribution of ${\bar{HKE}}_{DEEP}$ shows a close relationship with negative relative vorticity regions caused by warm eddies in the upper layer. Monthly-mean ${\bar{HKE}}_{MLD}$ and ${\bar{HKE}}_{DEEP}$ during a typhoon passing over the East Sea shows about 2.5-5.7 times and 1.2-1.6 times larger values than those during summer with no typhoons, respectively. In addition, their magnitudes are respectively about 0.4-1.0 and 0.8-1.0 times from those during winter, suggesting that the typhoon-induced NIW can provide a significant energy to enhance vertical mixing at both the mixed and deep layers during summer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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