The near wake behind a sinusoidal cylinder at Re=5200 has been investigated using DPIV system. The velocity fields, streamlines and vorticity contours of the mean flow were compared at the nodal, saddle and middle planes with those of a right circular cylinder. For the sinusoidal cylinder, the vortex core moves downstream and the vortex formation region is expanded in streamwise direction while suppressed in transverse direction at the nodal plane. At the saddle and the middle plane the vortex spread in both streamwise and transverse directions, forming the maximum vortex region at the saddle plane.
Numerical simulations are conducted to investigate the uniform flow (UF) and sinusoidal streamwise flow (SSF) over an oscillating 5:1 rectangular cylinder with harmonic heaving motion at initial angles of attack of α = 0° and 3° using two-dimensional, unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equations. First, the aerodynamic parameters of a stationary 5:1 rectangular cylinder in UF are compared with the previous experimental and numerical data to validate the capability of the computationally efficient two-dimensional URANS simulations. Then, the unsteady flow field and aerodynamic forces of the oscillating 5:1 rectangular cylinder in SSF are analysed and compared with those in UF to explore the effect of SSF on the rectangular cylinder. Results show that the alternative vortex shedding is disturbed by SSF both at α = 0° and 3°, resulting in a considerable decrease in the vortex-induced force, whereas the unsteady lift component induced by cylinder motion remains almost unchanged in the SSF comparing with that in UF. Notably, the strong buffeting forces are observed at α = 3° and the energy associated with unsteady lift is primarily because of the oscillations of SSF. In addition, the components of unsteady lift induced by the coupling effects of SSF and cylinder motion are discussed in detail.
The near wake behind a sinusoidal cylinder has been investigated quantitatively using hot-wire anemometer and qualitative. The mean velocity and turbulence intensity were measured in streamwise and spanwise direction. The results show that the wake in the saddle plane has a longer vortex formation region and rapid reversed flow than that in nodal plane. The elongated vortex formation region of sinusoidal cylinder is related with drag reduction. In addition, the flow visualized with particle tracing method support the flow characteristics of sinusoidal cylinder measured by hot-wire.
Sinusoidal wavy channel is one of the most commonly used devices in the industry for achieving mixing and heat transfer. Here we report on results obtained from the DNS of flow inside the wavy channel performed using the finite volume technique. As a primary stage to obtain the optimal design for heat transfer and mixing, this study observed the basic flow structures in a wavy channel. The mass flow rate is kept constant with friction Reynolds number of $Re_{\tau}$ = 140 . Time- and space-averaged and instantaneous flow fields are illustrated to observe the flow structures. Although the direct comparison of results between turbulent wavy and flat channel is somehow difficult due to the different flow phenomena derived from different configuration, here the mean streamwise velocity and RMS of velocities at same $Re_{\tau}$ of two different channels are compared. The basic difference between wavy and flat channel flow is the existence of small scale wall vortices along the walls in a wavy channel. These vortices make flow more complex, which will accompany the increase of heat transfer, pressure drop and drag.
We performed experiments to measure a single-phase upward flow in a 5 × 5 rod bundle with spacer grids using a particle image velocimetry, focusing on the crossflow. The Reynolds number based on the hydraulic diameter and the bulk velocity is 10,000. The ratio of pitch between rods and rod diameter is 1.4 and spacer grid is installed periodically. The turbulence in the rod bundle results from the combination of a forced mixing and natural mixing. The forced mixing by the spacer grid persists up to 10Dh from the spacer grid, while the natural mixing is attributed to the crossflow between adjacent subchannels. The combined effects contribute to a sinusoidal distribution of the time-averaged stream-wise velocity along the lateral direction, which is relatively weak right behind the spacer grid as well as in the gap. The streamwise and lateral turbulence intensities are stronger right behind the spacer grid and in the gap. Based on these findings, we newly defined a modified mixing coefficient as the ratio of the lateral turbulence intensity to the time-averaged streamwise velocity, which shows a spatial variation. Finally, we compared the developed model with the measured data, which shows a good agreement with each other.
The present study focuses on the case of developing flow with in a channel containing a long array of sinusoidal waves (2a/${\lambda}$=0.1, ${\lambda}$=h, ${\lambda}$ is the wavelength, 2a is the wave height, h is the mean channel depth) at the bottom wall. The Reynolds number defined with channel height, h and the mean velocity, U, is Re=6,700. The channel is sufficiently long such that transition is completed and the flow is fully developed over the downstream half of the channel. For the case of an incoming steady flow with no resolved turbulence, the instantaneous flow fields in the transition region are characterized by the formation of arrays of highly-organized large-scale hairpin vortices whose dimensions scale with that of the roughness elements. The paper explains the mechanism for the formation of these arrays of hairpin vortices and shows these eddies play the primary role in the formation of the large-scale streaks of high and low velocity over the wavy wall region. The presence of resolved turbulence in the incoming flow, reduces the streamwise distance needed for the streaks to develop over the wavy region, but does not affect qualitatively the transition process. In the fully-developed region, isolated and trains of large-scale hairpins play an important role in the dynamics of the streaks over the wavy wall.
Phase averaged velocity fields in the near wake region behind a square cylinder have been (successfully) obtained using randomly sampled PIV data sets. The Reynolds number based on the flow velocity and the vertex height was 3,900. To identify the phase information, we examined the magnitude of circulation and the center of peak vorticity. The center of vorticity was estimated from lowpass filtered vorticity contours (LES decomposition) adopting a sub-pixel searching algirithm. Due to the sinusoidal nature of firculation which is closely related to the instantaneous vorticity, the location of peak voticity fits well with a sine curve of the circulation magnitude. Conditionally-averaged velocity fields represent the barman vortex shedding phenomenon very well within 5 degrees phase uncertainty. The oscillating nature of the separated shear layer and the separation bubble at the top surface are clearly observed. With the hot-wire measurements of Strouhal frequency, we found thats the convection velocity changes its magnitude very rapidly from 25 to 75 percent of the free stream velocity along the streamwise direction when the flow passes by the recirculation region.
The present study investigates flow dynamics between two dimensional compliant plates under sinusoidal flow conditions in order to understand influence of wall motion, impedance phase angle (time delay between pressure and flow waveforms), and non-Newtonian fluid on wall shear stress using computational fluid dynamics. The results showed that wall motion induced additional terms in the streamwise velocity profile and the pressure gradient. These additional terms due to wall motion reduced the amplitude of wall shear stress and also changed the mean wall shear stress. The trend of the changes was very different depending on the impedance phase angle. As the impedance phase angle was changed to more negative values, the mean wall shear stress decreased while the amplitude of wall shear stress increased. As the phase angle was reduced from 0°to -90°under $\pm$4% wall motion, the mean wall shear stress decreased by 12% and the amplitude of wall shear stress increased by 9%. Therefore, for hypertensive patients who have large negative phase angles, the ratio of amplitude and mean of the wall shear stress is raised resulting in a more vulnerable state to atherosclerosis according to the low and oscillatory shear stress theory. We also found that non-Newtonian characteristics of the blood protect atherosclerosis by decreasing the oscillatory shear index.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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