High-speed flight vehicle have various cavities. The supersonic cavity flow is complicated due to vortices, flow separation, reattachment, shock waves and expansion waves. The general cavity flow phenomena includes the formation and dissipation of vortices, which induce oscillation and noise. The oscillation and noise greatly affect flow control, chemical reaction, and heat transfer processes. The supersonic cavity flow with high Reynolds number is characterized by the pressure oscillation due to turbulent shear layer, cavity geometry, and resonance phenomenon based on external flow conditions. The resonance phenomena can damage the structures around the cavity and negatively affect aerodynamic performance and stability. In the present study, we performed numerical analysis of cavities by applying the unsteady, compressible three dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equations with the ${\kappa}-{\omega}$ turbulence model. The cavity model used for numerical calculation had a depth(D) of 15mm cavity aspect ratio (L/D) of 3, width to spanwise ratio(W/D) of 1.0 to 5.0. Based on the PSD(Power Spectral Density) and CSD(Cross Spectral Density) analysis of the pressure variation, the dominant frequency was analyzed and compared with the results of Rossiter's Eq.
An experimental study is conducted to investigate the interaction of vortices over a delta wing with leading edge extension(LEX) through the off-surface flow visualization and the 5-hole probe measurements of the wing wake region. Especially, the application of a new visualization technique is employed by ultrasonic humidifier water droplet and laser beam sheet. The results, both the off-surface visualization and the 5-hole probe, show that LEX tends to stabilize the vortices of the delta wing up to the high angle of attack even though the model is yawed. With increasing yaw, the windward leading edge vortex moves inward, and closer to the wing surface, while the leeward vortex moves outwards and away from the wing surface. The vortex interaction is promoted in the windward side, and is delayed in the leeward side.
In computational study of the flow in piston engines and the flow through moving valves, the use of moving vertices is essential for modelling flows with moving boundaries. The positions of cell vertices in such cases must be allowed to vary with time. To simulate 3-dimensional port-valve and piston-cylinder of HIMSEN 6H21/32 engine, a commercially available code, STAR-CD, was used. Changes in mesh geometry was specified by PROSTAR commands.(i.e. the Change Grid operation in the EVENTS command module.) Control of the intake flow is expected to play an important role as designers seek to obtain better fuel spray characteristics, fuel mixing and mixture preparation, combustion performance, and emissions reductions to meet national standards. As a result of analysis, velocity fields indicate the presence of a structured flow comprised of one pair of counter-rotating vortices under the intake valve during the early induction process. These flow structures remain visible for most of the intake process. As the piston moves towards BDC, these vortices develops into a larger tumbling motion that dominates the flow structure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.8
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pp.1927-1939
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1995
An experimental investigation is conducted to find out the large scale coherent structures in the intermediate wake past a rotating cylinder with a single tripping wire attached. Relation between the vortex shedding frequency and the spin rate of rotating cylinder and the effects of the tripping wire on the flow characteristics were studied by using spectral analysis and conditional phase average technique, respectively. It is found that the vortex shedding frequency is bound to a certain range and varies regularly as spin rate increases. The coherent structures are compared with those of the plain rotating cylinder in the case of spin rate of 1.0. Distance between the upper and lower center of vortices increase and the vortex shedding time is delayed, the velocity fluctuation energy decreases near the center line of vortices and it spreads out to the outer region. The Reynolds shear stress increases highly in the upper region and the turbulent wake width expands with strong entrainment process.
Effects of rotor-stator blade count ratio on the unsteady aerodynamic characteristics of a cascade was studied by using a Navier-Stokes code. Present Navier-Stokes code is a parallel code and works on a multi-cpu machine. It is based on the SIMPLE algorithm and uses QUICK scheme for convection terms and second order back difference for all temporal derivatives. Computations were carried out for two cases : case 1 is for 3 stator cascade passages subjected to two upstream wakes while case 2 is for 2 stator cascade passages subjected to three upstream wakes. Numerical solutions show that rotor-stator blade count ratio plays a significant role in the unsteady aerodynamic characteristics of the stator cascade. Case 2 shows smaller unsteady fluctuation than case 1, even if they show the same time averaged value. The smaller fluctuation of case 2 is believed due to strong interaction between unsteady vortices. The unsteady lift variation of case 2 is shown to have many high frequency fluctuations as more unsteady vortices travel around the cascade. The unsteady turbulent kinetic energy due to the upstream wake is also shown to decay faster through the cascade passage than in the free stream.
The head-capacity curves for pumps developed by the pump manufacturer are based on tests of a single pump operating in a semi-infinite pool with no nearby walls or floors and no stray currents, Hence, flow into the pump suction is symmetrical with no vortices or swirling. Pump station designers rely on these curves to define the operating conditions for the pump selected. But various constraints such as size, cost, and limitations on storage time require walls, floors, and pump intakes to be close proximity to each other. From this background, the authors are carrying out a systematic study on the flow characteristics of intakes within a sump found in pump stations. Model pump intake basin is designed and PIV is adopted as a measuring tool to capture the instantaneous flow patterns. Special attention is paid to investigate the flow patterns near the free surface, side-wall and back-wall due to different clearances from back-wall to vertical in take pipe. Moreover, the locations and vorticities of the various types of vortices that were found in the examinations are discussed.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.11
no.3
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pp.150-157
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2003
Local and overall heat transfer characteristics of fin-flat tube heat exchangers with and without vortex generators were investigated. Local heat transfer coefficients were measured with the heat exchanger model using naphthalene sublimation technique. In case of a fin-flat tube heat exchanger without vortex generators, only the horseshoe vortices formed around tubes augment the heat transfer. On the other hand, longitudinal vortices created artificially by vortex generators additionally enhance heat transfer in case of a fin-flat tube heat exchanger with vortex generators. Overall heat transfer coefficients were measured with the prototypes of the fin-flat tube heat exchanger with and without vortex generators in a wind tunnel and results were compared with those of a fin-circular tube heat exchanger with wavy fin. Friction losses for heat exchangers were also measured and compared. The fin-flat tube heat exchanger with vortex generators is found to be more effective than the fin-circular tube heat exchanger with wavy fin.
($^{11}$B NMR measurements have been performed on single crystals of LuNi$_2$B$_2$C superconductor to investigate vortex lattice structures and dynamical behavior. The spectrum in the superconducting state is significantly broadened by local field inhomogeneity due to the vortex lattice and the peak point of the spectrum shifts toward low magnetic field due to the imperfect field penetration. The linewidth of the spectrum reflecting local field variation is much smaller than expected for conventional vortex lattices and shows peculiar increase at low temperature. Furthermore, the transverse relaxation rate, 1/T$_2$, probing the slow motion of vortices, exhibits a single peak as temperature decreases. These prominent results highlight significant fluctuation of vortices even for this low T$_c$, and nearly isotropic 3D superconductor.
The sailfish is the fastest sea animal, reaching its maximum speed of 110km/h. On its skin, a number of V-shaped protrusions pointing downstream exist. Thus, in the present study, the possibility of reducing the skin friction using its shape is investigated in a turbulent boundary layer. We perform a parametric study by varying the height and width of the protrusion, the spanwise and streamwise spacings between adjacent ones, and their overall distribution pattern, respectively. Each protrusion induces a pair of streamwsie vortices, producing low and high shear stresses at its center and side locations, respectively. These vortices also interact with those induced from adjacent protrusions. As a result, the drag is either increased or unchanged for all the cases considered. In some cases, the skin friction itself is reduced but total drag including the form drag on the protrusions is larger than that of a smooth surface. Since the shape of present protrusions is similar to that used by Sirovich and Karlsson [Nature 388, 753 (1997)] where V-shaped protrusions pointing upstream were considered, we perform another set of experiments following their study. However, we do not obtain any drag reduction even with random distribution of those V-shaped protrusion.
Turbulent coherent structure near rod-roughened wall are investigated by analyzing the database of direct numerical simulation of turbulent boundary layer. The roughness sublayer id defined as two-point correlations are not independent of streamwise locations around roughness. The roughness sublayer based on the two-point spatial correlation is different from that given by one-point statistics. Quadrant analysis and probability-weighted Reynolds shear stress indicate that turbulent structures are not affected by surface roughness above the roughness sublayer defined by the spatial correlations. The conditionally-averaged flow fields associated with Reynolds shear stress producing Q2/Q4 events show that though turbulent vortices are affected in the roughness sublayer, these are very similar at different streamwise locations above the roughness sublayer. The Reynolds stress producing turbulent vortices in the log layer have almost the same geometrical shape as those in the smooth wall-bounded turbulent flows. This suggests that the mechanism by which the Reynolds stress is produced in the log layer has not been significantly affected by the present surface roughness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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