The supersonic flows around tandem cavities were investigated by two-dimensional and three-dimensional numerical simulations using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equation with the k- ω turbulence model. The flow around a cavity is characterized as unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices due to the interaction between the freestream shear layer and cavity internal flow, the generation of shock and expansion waves, and the acoustic effect transmitted from wake flow to upstream. The upwind TVD scheme based on the flux vector split with van Leer's limiter was used as the numerical method. Numerical calculations were performed by the parallel processing with time discretizations carried out by the 4th-order Runge- Kutta method. The aspect ratios of cavities are 3 for the first cavity and 1 for the second cavity. The ratio of cavity interval to depth is 1. The ratio of cavity width to depth is 1 in the case of three dimensional flow. The Mach number and the Reynolds number were 1.5 and $4.5{\times}10^5$, respectively. The characteristics of the dominant frequency between two- dimensional and three-dimensional flows were compared, and the characteristics of the second cavity flow due to the first cavity flow was analyzed. Both two dimensional and three dimensional flow oscillations were in the 'shear layer mode', which is based on the feedback mechanism of Rossiter's formula. However, three dimensional flow was much less turbulent than two dimensional flow, depending on whether it could inflow and outflow laterally. The dominant frequencies of the two dimensional flow and three dimensional flows coincided with Rossiter's 2nd mode frequency. The another dominant frequency of the three dimensional flow corresponded to Rossiter's 1st mode frequency.
Sa, J.H.;Park, S.H.;Kim, C.J.;Yun, C.Y.;Kim, S.H.;Kim, S.H.;Lee, J.W.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2009.04a
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pp.51-56
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2009
Optimization with metamodel is one of numerical optimization methods. Response surface method is performed for making metamodel. The Hcks-Henne function is used for designing 2D shape of the airfoil and spring analogy is used to change the grid according to the change in shape of the airfoil. Aerodynamic coefficient required for response surface method are obtained by using Navier-Stokes solver with $\kappa-\omega$ shear stress transport turbulence model. For the baseline airfoils, OA 312, OA 309, and OA 407 airfoils select and optimize to improve aerodynamic performance.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.33
no.6
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pp.886-895
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2009
The purpose of this work is to compare and analyze computed results with experimental data of NREL (National Renewable Energy Laboratory) Phase VI for the whole operating conditions of various wind speeds using $\kappa-\omega$ turbulence model provided in the commercial code, FLUENT. Performance results such as power coefficient, shaft torque, pressure coefficient show a good agreement with experimental data. But, root bending moment is over-predicted than the experimentally measured value by about 30% for the whole operating conditions because of indefinite measurement reference. Nevertheless, these results qualitatively show a good tendency in the aspect of aerodynamic performance. As wind speed increases, streamlines on the surface of blade show more and more complex pattern.
A numerical analysis has been performed to give an understanding of the physics of a compressible base flow with mass bleed in a Mach 2.47 freestream. Axisymmetric, compressible mass-averaged Navier-Stokes equations are computed using a two-equation turbulence model, standard ${\kappa}-{\omega}$, and a fully implicit finite volume scheme. The mass bleed is characterized by the change in the mass flow rate of the bleed jet non-dimensionalized by the product of the base area and freestream mass flux. The result showing that there is an optimum bleed condition with maximum base pressure, leading to a minimum base drag, is clearly predicted and the validation with experimental data shows reasonable agreement.
Park, Hui-Seung;Yoon, Hyun-Sik;Kim, Moon-Chan;Chun, Ho-Hwan
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.2
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pp.141-146
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2011
This study numerically carried out the propeller open water test(POW) by solving Navier-Stokes equations governing the three-dimensional unsteady incompressible viscous flow with the turbulence closure model of the ${\kappa}-{\omega}$ SST model. Numerical simulations are performed at various range of advance ratios. Corresponding to Reynolds numbers of $5.89{\times}105{\sim}6.47{\times}105$ based on free stream velocity and the chord length at 0.7 propeller radius. The present results give a good agreement with those of the experiment. The propeller induced vortical structures have been analyzed by visualizing the resultant vorticity. As the advance ratio increases, the magnitude and length of the resultant vorticity decrease significantly. As the main focus of present study, the numerical model to present the ($r-{\theta}$) plane-averaged resultant vorticity along the streamwise direction for various advance ratios has been suggested.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.1
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pp.110-116
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2016
In this study an attempt has been made to study the hydrodynamic performance of pumpjet propulsor. Numerical investigation based on the Reynolds Averaged NaviereStokes (RANS) computational fluid dynamics (CFD) method has been carried out. The structured grid and SST ${\kappa}-{\omega}$ turbulence model have been applied. The numerical simulations of open water performance of marine propeller E779A are carried out with different advance ratios to verify the numerical simulation method. Results show that the thrust and the torque are in good agreements with experimental data. The grid independent inspection is applied to verify accuracy of numerical simulation grid. The numerical predictions of hydrodynamic performance of pumpjet propulsor are carried out with different advance ratios. Results indicate that the rotor provides the main thrust of propulsor and the balance performance of propulsor is generally satisfactory. Additionally, the curve of propulsor efficiency is in good agreement with experimental data. Furthermore, the pressure distributions around rotor and stator blades are reasonable. Beyond that, the existence of tip clearance accounts for the appearance of tip vortex that leads to a further loss in efficiency and a probability of cavitation phenomenon.
The aerodynamic performance of the pantograph of the next generation high sped train is analyzed. The calculation of the flow around pantograph is carried cut by FLUENT; by the steady state flow calculation with ${\kappa}-{\omega}$ SST turbulence model, the lift force of the pantograph is computed. For the verification of the numerical schemes am grid systems, flow calculations are performed with the pantograph shape which was used at the experiments performed at Railway Technical Research Institute (RTRI) in Japan. Then, the difference of lift force between numerical am experimental results is about 10%. Therefore, selected numerical schemes and the current grid system is adequate for the analysis am prediction of the aerodynamic performance of panthograph system. Based on these numerical schemes am grid system, the flow around pantograph of the next generation high sped train is calculated and the lift force of the pantograph is predicted; the lift force of the pantograph is about 146N.
In the present study, the effects of contaminant accumulation and surface roughness on the aerodynamic performance of wind turbine blade sections were numerically investigated by using a flow solver based on unstructured meshes. The turbulent flow over the rough surface was modeled by a modified ${\kappa}-{\omega}$ SST turbulence model. The calculations were made for the NREL S809 airfoil with varying contaminant sizes and positions at several angles of attack. It was found that as the contaminant size increases, the degradation of the airfoil performance becomes more significant, and this trend is further amplified near the stall condition. When the contaminant is located at the upper surface near the leading edge, the loss in the aerodynamic performance of the blade section becomes more critical. It was also found that the surface roughness leads to a significant reduction of lift, in addition to increased drag.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.1
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pp.1-7
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2014
The present study numerically investigated the effect of the advance ratio on the wake characteristics of the marine propeller in the propeller open water test. Therefore, a wide range of the advance ratio(0.2${\kappa}-{\omega}$SST Model are considered. The three-dimensional vortical structures of tip vortices are visualized by the swirl strength, resulting in fast decay of the tip vortices with increasing the advance ratio. Furthermore, to better understanding of the wake evolution, the contraction ratio of the slip stream for different advance ratios is extracted from the velocity fields. Consequently, the slip stream contraction ratio decreases with increasing the advance ratio and successively the difference of the slip stream contraction ratio between J=0.2 and J=0.8 is about 0.1R.
The prediction of the hydrodynamic performance of a planing hull vessel is an important and challenging topic for computational fluid dynamic (CFD) applications to naval hydrodynamics. In this paper, the resistance and planing attitude analysis for a Fridsma hull, which is a prismatic planing hull, in still water are numerically studied using OpenFOAM. OpenFOAM is an open source code package based on C++ libraries and the finite volume method (FVM) for the discretization of the RANS equation. The volume of fluid method (VOF) is used to capture the water-air interface and the SST ${\kappa}-{\omega}$ model is used for the turbulence simulation. The overset mesh method is used to capture the large motion of the hull at higher speeds. Before the extensive analysis, uncertainty analyses using various time steps and grid sizes were performed for one ship speed case of Fn = 1.19. The results of the present study are compared with those of a model test, other CFD research, and Savitsky's empirical formula. The results of the present study, following the trend of other CFD results, slightly over predict the resistance and under predict the sinkage and, more significantly, the trim.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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