The phase-averaged velocity fields of 3 dimensional turbulent wake behind a marine propeller measured by 2D PIV and stereoscopic PIV(SPIV) were compared directly. In-plane velocity fields obtained from the consecutive particle images captured by one camera in 2D PIV have perspective errors due to out-of-plane motion. However, the perspective errors can be removed by measuring three component velocity fields using SPIV method with two cameras. It is also necessary to measure three components velocity fields for the investigation of complicated near-wake behind the propeller for the suitable propeller design. 400 instantaneous velocity fields were measured for each of four different blade phases of $0^{\circ},\;18^{\circ},\;36^{\circ}C\;and\;54^{\circ}$. They were ensemble averaged to investigate the spatial evolution of the propeller wake in the downstream region. The phase-averaged velocity fields show the viscous wake developed along the blade surfaces and tip vortices were formed periodically. The perspective errors caused by the out-of-plane motion was estimated by the comparison of 2D PIV and SPIV results. The difference in the axial mean velocity fields measured by both techniques are nearly proportional to the mean out-of-plane velocity component which has large values in the regions of the tip and trailing vortices. The axial turbulence intensity measured by 2D PIV was overestimated since the out-of-plane velocity fluctuations influence the in-plane velocity vectors and increase the in-plane turbulence intensities.
Yi Zhao;Guirong Yan;Ruoqiang Feng;Zhongdong Duan;Houjun Kang
Wind and Structures
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제38권4호
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pp.245-259
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2024
In a tornadic wind field, the vertical velocity component in certain regions of tornadoes can be significant, forming one of the major differences between tornadic wind fields and synoptic straight-line wind fields. To better understand the wind characteristics of tornadoes and properly estimate the action of tornadoes on civil structures, it is important to ensure that all the attributes of tornadoes are captured. Although Doppler radars have been used to measure tornadic wind fields, they can only directly provide information on quasi-horizontal velocity. Therefore, lots of numerical simulations and experimental tests in previous research ignored the vertical velocity at the boundary. However, the influence of vertical velocity in tornadic wind fields is not evaluated. To address this research gap, this study is to use an approach to derive the vertical velocity component based on the horizontal velocities extracted from the radar-measured data by mass continuity. This approach will be illustrated by using the radar-measured data of Spencer Tornado as an example. The vertical velocity component is included in the initial inflow condition in the CFD simulation to assess the influence of including vertical velocity in the initial inflow condition on the entire tornadic wind field.
A hybrid particle-mesh method based on the vorticity-velocity formulation for solving the incompressible Navier-Stokes equations is a combination of the Vortex-In-Cell(VIC) method for convection and the penalization method for diffusion. The key feature of the numerical methods is to determine velocity and vorticity fields around a solid body on a temporary grid, and then the time evolution of the flow is computed by tracing the convection of each vortex element using the Lagrangian approach. Assuming that the vorticity and velocity fields are to be computed in time domain analysis, pressure fields are estimated through a complete set of solutions at present time step. It is possible to obtain vorticity and velocity fields prior to any pressure calculation since the pressure term is eliminated in the vorticity-velocity formulation. Therefore, pressure field is explicitly treated by solving a suitable Poisson equation. In this paper, we propose a simple way to numerically implement the vorticity-velocity-pressure formulation including a penalty term. For validation of the proposed numerical scheme, we illustrate the early development of viscous flows around an impulsive started circular cylinder for Reynolds number of 9500.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제31권5호
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pp.531-542
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2007
Simultaneous measurement technique for temperature and velocity fields near a heated solid body has been constructed. The measurement system consists of a 3-late CCD color camera, a color image grabber, a 1ighting system, a host computer and a software for the whole quantification process. Thermo Chromic Liquid Crystals (TCLC) was used as temperature sensors. A neural network was used to get a calibration curve between the temperature and the color change of the TCLC in order to enhance the dynamic range of temperature measurement. The velocity field measurement was attained by the use of the fray-level images taken for the flow field, and by introducing the cross-correlation technique. The temperature and the velocity fields of the forced and the natural convective flows neat the surface of a cartridge heater were measured simultaneously with the constructed measurement system.
Basic flow fields of two dimensional V flames were examined as a preliminary work to study the instability of premixed flame with vorticity generation. Laminar premixed propane and methane flame were anchored by electrically heated wire to make two dimensional V flames. Flow fields were measured mainly by PIV(Particle Image Velocimetray) and the results were compared with those obtained by LDV(Laser Doppler Velocimetry) to confirm their reliability. Because the curvatures of V flames are so small, V flames were locally assumed to be inclined planar flames in gravitational field. The measured flow fields were locally compared with those of analytical solutions, which showed the qualitatively similar results. In downstream region, the vorticity fields were nearly constant except region near the center line, which support the assumption of locally one dimensional flame. Besides it was tried to find experimentally the similarity of flow fields in downstream region. Finally, stability diagram of propane and methane flames were drawn for the equivalence ratio less than one and the wide range of mean velocity.
A new PIV technique was developed for decreasing optical error which was created during simultaneous measurements of velocity fields at a wall-normal plane and wall-parallel plane by a plane PIV and a Stereoscopic PIV system. The two Nd:Yag laser systems and three CCD cameras were. synchronized to obtain instantaneous velocity fields at the same time. To avoid optical noise at the crossing line by the two laser light sheets, a new optical arrangement using polarization was applied. The obtained velocity fields show the existence of hairpin packet structure vividly and the idealized hairpin vortex signature is confirmed by experiment.
An upper bound elemental technique(UBET) program has been developed to analyze forging load, die-cavity filling and optimum kinematically admissible velocity fields for flashless forging. The simulation for flashless forgings are applied plane and axisymmetric closed-die forging with rib-web type cavity. The kinematically admissible velocity fields for inverse triangular and inverse trapezoidal elements, are used to analyze flashless forging. Experiments have been carried out with pure plasticine billets at room temperature. Theoretical predictions of the forging load in plane-strain and axisymmetric forging are in good agreement with experimental results.
The flow structure and heat transfer characteristics of a turbulent buoyant jet were investigated experimentally. The instantaneous temperature and velocity fields in the near field were measured using a two-frame PIV and PLIF techniques. A thin light sheet illuminated a two-dimensional cross section of the buoyant jet in which Rhodamine B was added as a fluorescent dye. The intensity variations of LIF signal from Rhodamine B molecules scattered by the laser light were captured by a CCD camera after passing an optical filter. By ensemble averaging the instantaneous temperature and velocity fields, the mean temperature and velocity fields as well as the spatial distributions of turbulent statistics were obtained. The results show the flow structure and convective heat transfer of the developing shear layer in the near field.
A new PIV technique was developed for decreasing optical error which was created during simultaneous measurements of velocity fields at a wall-normal plane and wall-parallel plane by a plane PIV and a Stereo-PIV systems. For experimental study, two different Reynolds number based on momentum thickness, Re$_{ =514 and 934 were generated in a blowing type wind tunnel under the condition of zero pressure gradient. The two Nd:Yag laser systems and three CCD cameras were synchronized. to obtain instantaneous velocity fields at the same time. To avoid optical noise at the crossing line by the two laser light sheets, a new optical arrangement using polarization was applied. The obtained velocity fields show the existence of hairpin packet structure vividly and the idealized hairpin vortex signature is confirmed by experiment.
The dynamic problems of interface crack propagated with constant velocity along the interface of bimateraial composed of isotropic and orthotropicmaterial under antiplane loading condition are studied in this paper. The general dynamic stress fields and displacement fields of mode III are derived when interface crack between isotropic and orthotropic material is propagating with constant velocity. The general dynamic stress fields and displacement fields in isotropic material. Finally, the characteristics of interface crack propagation are studied with various properties of isotropic and orthotropic material and crack propagarion velocities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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