Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.7
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pp.915-926
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1998
Velocity fields of near turbulent was behind a porous wind fence were measured using the 2-frame PTV method in a circulating water channel. The fences used in this study had different geometric porosity(.epsilon.) of 0, 20, 40 and 65%. The fence was embedded in a thin laminar boundary layer, i.e., .delta./H ~ = 0.1. Reynolds number based on the fence height H and free stream velocity(U$\_$o/) was about 8,400. As a result, a recirculating flow region was formed behind the fence for the .epsilon.=0% and 20% wind fence. For the wind fences having porosity larger than .epsilon.=40%, it was difficult to see separation bubbles behind the fence. The .epsilon.=20% porous fence reveals the maximum velocity reduction, however, the turbulent intensity and Reynolds shear stress are much greater than those of .epsilon.=40% fence. Among the wind fence tested in this study, the porous wind fence of .epsilon.=40% porosity is the most effective for abating wind erosion.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.1
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pp.1-12
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1990
The study is concerned with the analysis of combined forging of non-axisymmetric shapes with inclined protrusions by UBET technique. Work hardening is considered for the given range of strain rate during the forging process. A complex shape with inclined cavities is analyzed by subdividing the workpiece into finite UBET elements for which simple velocity fields are applicable. An experimental set-up was designed and manufactured for the experiment, and experiments are carried out with lead billets. The devised set-up can be used for closed-die forging of complex shapes with protrusions in which the dies can be separated automatically for easy removal of the forged products. Based on the derived kinematically admissible velocity fields for corresponding UBET elements, general computer programs have been developed. Since the energy dissipation rate for each elemental region is provided by subprograms (Subroutine or Function), the developed program can be applied to the forging problems of various shapes. The present study has shown that the method developed can be effectively applied to forging of non-axisymmetric shapes with complicated protrusions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.8
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pp.511-517
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2016
Three-dimensional models of stenosis blood vessels were prepared using a 3D printer. The models included a straight pipe with axisymmetric stenosis and a pipe that was bent $10^{\circ}$ from the center of stenosis. A refractive index matching method was utilized to measure accurate velocity fields inside the 3D tubes. Three different pulsatile flows were generated and controlled by changing the rotational speed frequency of the peristaltic pump. Unsteady velocity fields were measured by a time-resolved particle image velocimetry method. Periodic shedding of vortices occurred and moves depended on the maximum velocity region. The sizes and the positions of the vortices and symmetry are influenced by mean Reynolds number and tube geometry. In the case of the bent pipe, a recirculation zone observed at the post-stenosis could explain the possibility of blood clot formation and blood clot adhesion in view of hemodynamics.
The objective of this study is to examine the three-dimensional turbulent flows occurring in the meandering channel with presence of a groyne. A series of laboratory experiments are carried out in a meandering channel with trapezoidal cross sections. The channel is a 24.4 m long, 1.5 m wide, and the bottom slope in the longitudinal direction is 0.02. Two cases with and without the groyne are considered in the experiment. Three-dimensional velocity fields are measured using an acoustic Doppler velocimetry (ADV) at approximately sixty locations in each cross section. The measured velocity fields are averaged in time, and the time-averaged flow revealed that the mean velocity magnitude along the outer bank of the channel was reduced significantly and the direction of the primary flow was directed toward the center of the channel due to the presence of the groyne.
Lee, Kwang-Ho;Choi, Goon Ho;Lee, Jun Hyeong;Jung, Uk Jin;Kim, Do-Sam
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.31
no.6
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pp.356-367
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2019
This study evaluates the variation characteristics of irregular wave fields for two-dimensional Low-Crested Structure (LCS) by olaFlow model based on the two-phases flow by numerical analysis. The numerical results of olaFlow model are verified by comparing irregular wave profile of target wave spectrum and measured one, and their spectra. In addition, spacial variation of irregular wave spectrum, wave transmission ratio, root-mean square wave height, time-averaged velocity and time-averaged turbulent kinetic energy by two-dimensional LCS are discussed numerically. The time-averaged velocity, one of the most important numerical results is formed counterclockwise circulating cell and clockwise nearshore current on the front of LCS, and strong uni-directional flow directing onshore side around still water level.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.8
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pp.1103-1112
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2001
The effect of pressure gradients on the hairpin structures in three different turbulent boundary layers (ZPG : Re(sub)$\theta$=910, FPG : Re(sub)$\theta$=575, APG : Re(sub)$\theta$=1290) has been examined with instantaneous velocity fields obtained in streamwise-wall-normal planes using PIV (particle image velocimetry) method. In the outer layer hairpin vortices occur in streamwise-aligned packets that propagate with small velocity dispersion. The signature pattern of the hairpin consists of a spanwise vortex core located above a region of strong second quadrant fluctuation (u<0 and v>0 : Q2 event) is clearly observed. The formation of packets explains the occurrence of multiple VITA events in turbulent burst. Noticeable differences are found in the average inclination angles of hairpin vortex packets which are 45$^{\circ}$, 35.7$^{\circ}$, and 51.9$^{\circ}$in the case of ZPG, FPG and APG, respectively. It is found that the large, time-varying, irregularly shaped zones with nearly constant streamwise momentum exist throughout the boundary layer. Within the interior of the envelope the spatial coherence between the velocity fields induced by the individual vortices leads to strongly retarded streamwise momentum, explaining the zones of uniform momentum. The formation of the uniform momentum zone is remarkably different with respect to the pressure gradients especially in the logarithmic layer.
Vertical axis wind energy systems including 3 and 4 blades are numerically investigated in a two-dimensional (2D) computational domain. The power coefficient (Cp) is adopted to measure the efficiency of the system and the effect of the rotating velocity on the power coefficient is analyzed for the two different systems. The rotating velocity varies from 30 rad/s to 90 rad/s, which corresponds to the tip speed ratio (T.S.R) of 0.5 to 1.5. The torque exerted on the blades is mainly determined by the aerodynamic force in the x-direction and maximized when the blade is positioned at around θ = 186°. The efficiency of the 4-blade system is higher than that of the 3-blade system within the tip speed ratio range between 0.5 and 0.67, besides where the 3-blade system shows a better performance. For the 3-blade system, the maximum efficiency is reached to 0.082 at the tip speed ratio of 1.083. The maximum efficiency of the 4-blade system is 0.071 at T.S.R. = 0.92. The velocity fields in the x-direction, pressure fields, and the vorticity magnitude are analyzed in detail for the optimal cases of the 3- and 4-blades systems, respectively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.7
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pp.937-944
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1999
The near-wall flow structures of turbulent boundary layer over riblets having semi-circular grooves were investigated experimentally for the drag decreasing ($s^+=25.2$) and drag increasing ($s^+=40.6$) cases. The field of view used for tho velocity field measurement was $6.75{\times}6.75mm^2$ in physical dimension, containing two grooves. One thousand instantaneous velocity fields over the riblets were extracted for each case of drag increase and decrease. For comparison, five hundreds instantaneous velocity fields over a smooth flat plate were also obtained under the same flow conditions. To see the global flow structure qualitatively, the flow visualization was also performed using the synchronized smoke-wire technique. For the drag decreasing case ($s^+=25.2$), most of the streamwise vortices stay above the riblets, interacting with the riblet tips. The high-speed in-rush flow toward the riblet surface rarely influences the flow inside tho riblet valleys submerged in the viscous sublayer. The riblet tips seem to impede the spanwise movement of the longitudinal vortices and induce secondary vortices. The turbulent kinetic energy in the riblet valley is sufficiently small to compensate the increased wetted area of the riblets. In addition, in the logarithmic region, the turbulent kinetic energy are small or almost equal to that of a smooth flat plato. For the drag increasing case ($s^+=40.6$), however, the streamwise vortices move into the riblet valley freely, interacting directly with the riblet inner surface. The penetration of the high-speed in-rush flow on the riblets increases tho skin-friction. The turbulent kinetic energy is increased in the riblet valleys and even in the outer region compared to that over a flat plate.
In order to simulate a free surface flow in a trench channel, a three-dimensional incompressible unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations are closed with the ${\kappa}-{\epsilon}$ model. The artificial compressibility (AC) method is used. Because the pressure fields can be coupled directly with the velocity fields, the incompressible Navier-Stokes (INS) equations can be solved for the unknown variables such as velocity components and pressure. The governing equations are discretized in a conservation form using a second order accurate finite volume method on non-staggered grids. In order to prevent the oscillatory behavior of computed solutions known as odd-even decoupling, an artificial dissipation using the flux-difference splitting upwind scheme is applied. To enhance the efficiency and robustness of the numerical algorithm, the implicit method of the Beam and Warming method is employed. The treatment of the free surface, so-called interface-tracking method, is proposed using the free surface evolution equation and the kinematic free surface boundary conditions at the free surface instead of the dynamic free surface boundary condition. AC method in this paper can be applied only to the hydrodynamic pressure using the decomposition into hydrostatic pressure and hydrodynamic pressure components. In this study, the boundary-fitted grids are used and advanced each time the free surface moved. The accuracy of our RANS solver is compared with the laboratory experimental and numerical data for a fully turbulent shallow-water trench flow. The algorithm yields practically identical velocity profiles that are in good overall agreement with the laboratory experimental measurement for the turbulent flow.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.34
no.4
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pp.119-127
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2022
To investigate varying wave impact pressure exerting at the crest wall of rubble mound seawall, depending on breaking wave properties, regular waves with different wave periods were generated. Wave velocity fields and void fraction were measured using bubble image velocimetry and simple combined wave gauge system (Na and Son, 2021). For the waves with shorter wave period, maximum horizontal velocity was less reduced compared to incident wave speed while breaking-induced air entrainment was occurred intensely, leading to a significant reduction of wave impact pressure at the crest wall. For the waves with longer wave periods, less air wave entrained and the wave structure followed a flip-through mode (Cooker and Peregrine, 1991), resulting in an abrupt increase of the impact pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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