The spanwise flow structure around a rigid smooth circular cylinder model in cross-flow has been investigated based on the experimental data obtained from a series of wind tunnel tests. Surface pressures were collected at five spanwise locations along the cylinder over a Reynolds number range of $1.14{\times}15^5$ to $5.85{\times}10^5$, which covered sub-critical, single-bubble and two-bubble regimes in the critical range. Separation angles were deduced from curve fitted to the surface pressure data. In addition, spanwise correlations and power spectra analyses were employed to study the spatial structure of flow. Results at different spanwise locations show that the transition into single-bubble and two-bubble regimes could occur at marginally different Reynolds numbers which expresses the presence of overlap regions in between the single-bubble regime and its former and later regimes. This indicates the existence of three-dimensional flow around the circular cylinder in cross-flow, which is also supported by the observed cell-like surface pressure patterns. Relatively strong spanwise correlation of the flow characteristics is observed before each transition within the critical regime, or formation of first and second separation-bubbles. It is also noted that these organized flow structures might lead to greater overall aerodynamic forces on a circular cylinder in cross-flow within the critical Reynolds number regime.
The serpentine flow channel is widely used in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) to prevent flooding phenomena because it effectively removes liquid water in the flow channel. The pressure drop between inlet and outlet increases as compared with straight channels due to minor losses associated with the corners of the turning configurations. This results in a strong pressure gradient between adjacent channels in specific regions, where some amount of reactant gas can be delivered to catalyst layers by convection through a gas diffusion layer (GDL). The enhancement of the convective flow in the GDL, so-called bypass flow, affects fuel cell performance since the bypass flow influences the reactant transport and thus its concentration over the active area. In the present paper, for the bipolar plate design, a simple analytic model has been proposed to predict the bypass flow in the serpentine type flow channels and validated with three-dimensional numerical simulation results.
The effects of stroke change on turbulent kinetic energy for the in-cylinder flow of a four-valve SI engine were studied. For this study, the same intake manifold, head, cylinder, and the piston were used to examine turbulence characteristics in two different strokes. In-cylinder flow measurements were conducted using three dimensional LDV system. The measurement method, which simultaneously collects 3-D velocity data, allowed a evaluation of turbulent kinetic energy inside a cylinder. High levels of turbulent kinetic energy were found in regions of high shear flow, attributed to the collisions of intake flows. These specific results support the more general conclusion that the inlet conditions play the dominant role in the generation of the turbulence fields during the intake stroke. However, in the absence of two counter rotating vortices, this intake generated turbulent kinetic energy continues to decrease but at a much faster rate.
Kim, Jin-Hyuk;Song, Woo-Seog;Lee, Seung-Bae;Kim, Kwang-Yong
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.13
no.2
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pp.18-23
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2010
This paper presents a procedure for the aerodynamic and aeroacoustic characteristics of a sirocco fan. For the aerodynamic and aeroacoustic analyses of the sirocco fan, three-dimensional steady and unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are solved with a shear stress transport turbulence model for turbulence closure. The flow analyses were performed on a hexahedral grid using a finite-volume solver. The validation of the numerical results is performed by comparing with experimental data for the pressure, efficiency and power. The internal flow analyses of the sirocco fan are performed to understand the unstable flow phenomenon on the casing for the wall pressure and internal flow characteristics at each position. It was found that fluctuation of pressure and locally concentrated noise source are observed near the cut-off and expansion regions of the casing.
The present study describes the prediction of the flow induced noise level of a high-speed rotating hexagonal disk and proposes the way how to reduce it. Since a hexagonal disk, which is used in the laser printer and named a Polygon mirror, has six sharp corners, there are low and high pressure regions on each of six edges when it rotates. Therefore, the pressure difference generates three dimension flow field and causes aerodynamic noise. The Ffowcs-Williams and Hawkings (FWH) method is employed for the analysis. We have measured the sound pressure levels and compared them with the computational results. The calculated sound pressure levels agree well with the experimental results. We modified the shape of the edges of a hexagonal disk to reduce the noise level and confirm their effects through numerical computation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.168-171
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2005
The present study describes the prediction of the flow induced noise level of a high-speed rotating hexagonal disk and proposes the way how to reduce it. Since a hexagonal disk, which is used in the laser printer and named a polygon mirror, has six sharp comers, there are low and high pressure regions on each of six edges when it rotates. Therefore, the Pressure difference generates three dimension flow field and causes aerodynamic noise. The Ffowcs-Williams and Hawkings(FWH) method is employed for the analysis. We have measured the sound pressure levels and compared them with the computational results. The calculated sound pressure levels agree well with the experimental results. We modified the shape of the edges of a hexagonal disk to reduce the noise level and confirm their effects through numerical computation.
Flow visualization of a droplet passing through a straight channel and a diverging channel has been carried out using micro-PIV. Diverging channel is frequently used in lab-on-a-chip and microfluidic devices, where flow pattern inside the droplet passing is quite different from that through a straight channel. In the present study, we visualized the droplet flow in three different regions. The first region is where the droplet has a wide contact area with the channel wall, the second region is characterized with a narrow contact area and the third region is where droplet is detached from the channel wall. Visualization results show that the internal flow inside the droplet passing through the straight channel moves in the opposite direction to the droplet velocity in the near wall exhibiting complex flow patterns. But in the diverging channel the internal flow inside the droplet moves in the same direction as the droplet velocity due to the shear induced by oil phase flow exhibiting rather simple flow pattern.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.20
no.5
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pp.633-645
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2004
A critical component of air pollution modeling is the representation of meteorological fields within a model domain, since an accurate air quality simulation requires an accurate portrayal of the three-dimensional wind fields. The present study investigated data assimilation using surface observational data in the complex coastal regions to simulate an accurate meteorological fields. Surface observational data were categorized into three groups(Near coastal region, Far coastal regiln 1, Far costal region 2) by the locations where the data are. Experiments were designed and MM5 was used in each case of regions. Case 1 is an experiment without data assimilation, Case N is executed with data assimilation using observational data by meteorological stations and AWS data located in the near coastal region, within 1 km. Case F1 is also an experiment with data assimilation using observational data by meteorological stations and AWS data located in the far coastal regiln 1, more than 1km and less than 5km from the coastal lines. Case F2 is appled to data assimilation using observational data by meteorological stations and AWS data located in the far coastal region 2, beyond 5km from the coastal lines. The result of this study indicated that data assimilation using data in the far coastal region 1 and 2 provided an attractive method for generating accurate meteorological fields, especially in the complex coastal regions.
Halberstadt, Craig R.;Palsson, Bernhanrd O.;Midgley, A.Rees;Curl, Rane L.
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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v.7
no.3
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pp.163-170
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2002
This report describes the use of a transtubular bioreactor to study the relative effects of diffusion versus perfusion of medium on antibody production by a hybridoma cell line. The study was performed with a high-density cell culture maintained in a serum-free, low-protein medium for 77 days. It was determined that the reactor possessed a macro-mixing pattern residence time distribution similar to a continuous stirred tank reactor (CSTR), However, due to the arrangement of the medium lines in the reactor, the flow patterns for nutrient distribution consist of largely independent medium path lengths ranging from short to long. When operated with cyclic, reversing, transtubular medium flow, some regions of the reactor (with short residence times) are more accessible to medium than others (with long residence times). From this standpoint, the reactor can be divided into three regions: a captive volume, which consists of medium primarily delivered via diffusion; a lapped volume, which provides nutrients through unilateral convection; and a swept volume, which operates through bilateral convection. The relative sizes of these three volumes were modified experimentally by changing the period over which the direction of medium flow was reversed from 15 min (larger captive volume) to 9 h (larger swept volume). The results suggest that antibody concentration increases as the size of the diffusion-limited (captive) volume is increased to a maximum at around 30 min with a sharp decrease thereafter. As reflected by changes in measured consumption of glucose and production of lactate, no significant difference in cellular metabolism occurred as the reactor was moved between these different states. These results indicate that the mode of operation of the transtubular bioreactor may influence antibody productivity under serum-free, low-protein conditions with minimal effects on cellular metabolism.
It was found that mixing patterns suddenly changed at an impeller rotation speed in a dished bottom vessel with dual Rushton turbines. Two isolated mixing regions like doughnuts rings generated at a low rotational speed and three isolated mixing regions generated at a higher speed. This phenomenon was observed at the mixing condition in transition area, where the power number with baffle was the same as that without baffle. We found a phenomenon in which the flow state in a dish-bottom agitation tank equipped with a two-stage Rushton turbine blade changes at a certain rotational speed. In the laminar flow region, the isolated stable donut rings were formed even when the rotational speed was changed, and no specific variation in the mixing pattern was observed. In the transition region, the two isolated thick unmixed donut rings do not change even if the rotation speed is changed in the flat bottom vessel, whereas in the dished bottom vessel, when the rotation speed is 450 rpm, the two isolated thick unmixed donut rings are changed to three isolated thin donut rings and then improved mixing. In the dished bottom vessel, in the range of Re=138~178, the isolated ring-shaped unmixed region appeared in three places and the size was also large. But in the flat bottom vessel, the isolated thick ring-shaped unmixed region appeared in two places in Re=116~176 and the size was also small. It appeared in two places, and the size was also small. The condition in which this phenomenon is observed is a transition region, and it was found that when the baffle plate is attached, the power number starts to increase compared to when the baffle plate is not present. In addition, when the mixing Reynolds number exceeded 300 and a slight turbulence was mixed in the flow state, the disconnection of these flow pattern was resolved and the mixture was completely mixed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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