Numerical simulation was carried out for a propane fire of mass transfer rate 3g/m^2-s$ on a 1m high vertical wall. The objectives of this study are to confirm the outcomes of evaluation of the simulator through simulation of natural convection, and to compare the results of the wall fire with those of previous studies. It was confirmed that the simulated boundary layer was laminar at C_s=0.2$ while it was turbulent at C_s=0.1$. The z direction velocity showed lack of turbulent mixing as seen in the natural convection case, and the profiles of temperature and velocities were in relatively good agreement with those of experiment and previous simulation. It was found that the air entrainment into the boundary layer was well predicted.
The present study aims to generate turbulent inflow data to more accurately represent the turbulent flow around a square cylinder when the inflow turbulence level is significant. The modified random flow generation (RFG) technique in conjunction with a previously developed LES code is successfully adopted into a finite element based fluid flow solver to generate the required inflow turbulence boundary conditions for the three-dimensional (3-D) LES computations of transitional turbulent flow around a square cylinder at Reynolds number of 22,000. The near wall region is modelled without using wall approximate conditions and a wall damping coefficient is introduced into the calculation of sub-grid length scale in the boundary layer of the cylinder wall. The numerical results obtained from simulations are compared with each other and with the experimental data for different inflow turbulence boundary conditions in order to discuss the issues such as the synthetic inflow turbulence effects on the 3-D transitional flow behaviour in the near wake and the free shear layer, the basic mechanism by which stream turbulence interacts with the mean flow over the cylinder body and the prediction of integral flow parameters. The comparison among the LES results with and without inflow turbulence and the experimental data emphasizes that the turbulent inflow data generated by the present RFG technique for the LES computation can be a viable approach in accurately predicting the effects of inflow turbulence on the near wake turbulent flow characteristics around a bluff body.
The effects of surface roughness on a spatially-developing turbulent boundary layer (TBL) were investigated by performing direct numerical simulations of TBLs over rough and smooth walls. The Reynolds number based on the momentum thickness was varied in the range $Re_{\theta}=300{\sim}1400$. The roughness elements used were periodically arranged two-dimensional spanwise rods, and the roughness height was $k=1.5{\theta}_{in}$, which corresponds to $k/{\delta}=0.045{\sim}0.125$. To avoid generating a rough wall inflow, which is prohibitively difficult, a step change from smooth to rough was placed $80{\theta}_{in}$ downstream from the inlet. The spatially-developing characteristics of the rough-wall TBL were examined. Along the streamwise direction, the friction velocity approached a constant value and a self-preserving form of the turbulent stress was obtained. Introduction of the roughness elements affected the turbulent stress not only in the roughness sublayer but also in the outer layer. Despite the roughness-induced increase of the turbulent stress in the outer layer, the roughness had only a relatively small effect on the anisotropic Reynolds stress tensor in the outer layer. Inspection of the triple products of the velocity fluctuations revealed that introducing the roughness elements onto the smooth wall had a marked effect on vertical turbulent transport across the whole TBL. By contrast, good surface similarity in the outer layer was obtained for the third-order moments of the velocity fluctuations.
The nanofluidics is characterized by a large surface-to-volume ratio, so that the surface properties strongly affect the flow resistance. We present here the results showing that the effect of wetting properties and the surface roughness may considerably reduce the friction of fluid past the boundaries. For a simple fluid flowing over hydrophilic and hydrophobic surfaces, the influences of surface roughness are investigated by the nonequilibrium molecular dynamics (NEMD) simulations. The fluid slip at near a solid surface highly depends on the wall-fluid interaction. For hydrophobic surfaces, apparent fluid slips are observed on smooth and rough surfaces. The solid wall is modeled as a rough atomic sinusoidal wall. The effects on the boundary condition of the roughness characteristics are given by the period and amplitude of the sinusoidal wall. It was found that the slip velocity for wetting conditions at interface decreases with increasing effects of surface roughness. The results show the surface rougheness and wettability determines the slip or no-slip boundary conditions. The surface roughness geometry shows significant effects on the boundary conditions at the interface.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.7
no.2
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pp.7-14
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2003
Computational work using the axisymmetric, compressible, Navier-Stokes Equations is carried out to predict the discharge coefficient of mass flow through a micro-critical nozzle. Several kinds of turbulence models and wall functions are employed to validate the computational predictions. The computed results are compared with the previous experimented ones. The present computations predict the experimental discharge coefficients with a reasonable accuracy. It is found that the standard $\kappa$-$\varepsilon$turbulence model with the standard wall function gives a best prediction of the discharge coefficients. The displacement thickness of the nozzle wall boundary layer is evaluated at the nozzle throat and is well compared to a prediction obtained by an empirical equation. The resulting displacement thickness of the wall boundary layer is about 2% to 0.6% of the diameter of the nozzle throat for the Reynolds numbers of 2000 to 20000.
NSBT(No Slip Boundary Treatment) is a newly developed scheme for the treatment of a no slip condition on the solid wall of obstacle in a flow field. In our research, NSBT was used to perform LBM simulation of a flow over a circular cylinder to determine the flow feature and aerodynamics characteristic of the cylinder. To ascertain the applicability of NSBT on the complex shape of the obstacle, it was first simulated for the case of the flow over a circular and square cylinder in a channel and the results were compared against the solution of Navier-Stokes equation. The simulations were performed in a moderate range of Reynolds number at each cylinder position to identify the flow feature and aerodynamic characteristics of circular cylinder in a channel. The drag coefficients of the cylinder were calculated from the simulation results. We have numerically confirmed that the critical reynolds number for vortex shedding is in the range of 200$\sim$250. For the gap parameter $\gamma$ = 2 cases at Re > 240, the vortex shedding were symmetric and it resembled the Karmann vortex. As the cylinder approached to one wall, the vorticity significantly reduced in length while the vorticity on the other side elongated and the vorticity combined with the wall boundary-layer vorticity. The resultant $C_d$ by LBM concurred with the results of DNS simulation performed by previous researchers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.4
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pp.933-945
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1994
A shock-wave in a supersonic flow can be theoretically determined by a given pressure ratio at upstream and downstream flowfields, and then the obtained shock-wave is stable in its position. Under the practical situation in which the shock-wave interacts with the boundary layer along a solid wall, it cannot, however, be stable even for the given pressure ratio being independent of time and oscillates around a time-mean position. In the present study, oscillations of a weak normal shock-wave in a supersonic diffuser were measured by a Line Image Sensor(LIS), and they were compared with the data of the wall pressure fluctuations at the foot of the shock-wave interacting with the wall boundary layer. LIS was incorporated into a conventional schlieren optical system and its signal, instantaneous displacement of the interacting shock-wave, was analyzed by a statistical method. The results show that the displacement of an oscillating shock-wave increase with the upstream Mach number and the dominant frequency components of the oscillating shock-wave are below 200 Hz. Measurements indicated that shock-wave oscillations may not entirely be caused by the boundary layer separation. The statistical properties of oscillations appeared, however, to be significantly affected by shock-induced separation of turbulent boundary layer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.3
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pp.1083-1095
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1996
Shock wave/boundary layer interaction frequently causes the shock wave to oscillate violently and thus the global flow field to unstabilize. In order to stabilize the shock wave system in the diffuser of a supersonic wind tunnel, the present study attempted to control the shock oscillations by using a passive control. A porous wall with the porosity of 19.6% was mounted on a shallow cavity. Experiment was made by means of schlieren optical observation and wall pressure measurements. The flow Mach number just upstream the shock system and Reynolds number based on the turbulent boundary layer thickness were 2.1 and 1.8 * 10$\^$6/, respectively. The results show that the present passive control method on the shock wave/boundary layer interaction in the supersonic diffuser can significantly suppress the oscillations of shock system, especially when the shock system locates at the porous wall.
No analytical solution exists for evaluating in-situ hydraulic conductivity of vertical cutoff walls by analyzing slug test results. Recently, an analytical solution to interpret slug tests has been proposed for a partially penetrated well in an aquifer. However, this analytical solution cannot be directly applied to the cutoff wall because the solution has been developed exclusively for an infinite aquifer instead of a narrow cutoff wall. To consider the cutoff wall boundary conditions, the analytical solution has been modified in this study to take into account the narrow boundaries by introducing the imaginary well theory. Two boundary conditions are considered according to the existence of filter cakes: constant head boundary and no flux boundary. Generalized steady-state shape factors are presented for each geometric condition, which can be used for evaluating the in-situ hydraulic conductivity of cutoff walls. The constant head boundary condition provides higher shape factors and no flux boundary condition provides lower shape factors than the infinite aquifer, which enables to adjust the in-situ hydraulic conductivity of the cutoff wall. The hydraulic conductivities calculated from the analytical solution in this paper give about 1.2~1.7 times higher than those from the Bouwer and Rice method, one of the semi-empirical formulas. Considering the compressibility of the backfill material, the analytical solution developed in this study was proved to correspond to the case of incompressible backfill materials.
Lim, Jee-Hee;Lee, Dong-Seop;Nguyen, The Bao;Choi, Hang-Seok
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.28
no.11
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pp.17-31
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2012
No analytical solution exists for evaluating in-situ hydraulic conductivity of vertical cutoff walls by analyzing slug test results with consideration of transient flow. There is an analytical solution proposed to interpret a slug test performed in a partially penetrated well within an aquifer. However, this analytical solution cannot be directly applied to the cutoff wall because the solution has been developed exclusively for an infinite aquifer instead of a narrow cutoff wall. To consider the cutoff wall boundary conditions (i.e, constant head boundary and no flux boundary condition), the analytical solution has been modified in this study to take into account the narrow boundaries by introducing the imaginary well theory. Type curves are constructed from the currently derived analytical solution and compared with those of a partially penetrated well within an aquifer. The constant head boundary condition provides faster hydraulic head recovery curve than the aquifer case. On the other hand, no flux boundary condition leads to slower hydraulic head recovery. The bigger the shape factor and deviation of the well and the smaller the width of the vertical cutoff wall are, the more effect of boundary condition was observed. The type curves obtained from the analytical solution for a cutoff wall are similar to those made by the numerical method in the literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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