KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.3B
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pp.293-303
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2011
An efficient diagonalized approximate factorization algorithm (DAF) is developed for the solution of three-dimensional incompressible viscous flows. The pressure-based, artificial compressibility (AC) method is used for calculating steady incompressible Navier-Stokes equations. The AC form of the governing equations is discretized in space using a second-order-accurate finite volume method. The present DAF method is applied to derive a second-order accurate splitting of the discrete system of equations. The primary objective of this study is to investigate the computational efficiency of the present DAF method. The solutions of the DAF method are evaluated relative to those of well-known four-stage Runge-Kutta (RK4) method for fully developed and developing laminar flows in curved square ducts and a laminar flow in a cavity. While converged solutions obtained by DAF and RK4 methods on the same computational meshes are essentially identical because of employing the same discrete schemes in space, both algorithms shows significant discrepancy in the computing efficiency. The results reveal that the DAF method requires substantially at least two times less computational time than RK4 to solve all applied flow fields. The increase in computational efficiency of the DAF methods is achieved with no increase in computational resources and coding complexity.
In this paper, we propose a new method to stable simulation the directional ice shape by coupling of freezing solver and viscous water flow. The proposed ice modeling framework considers viscous fluid flow in the direction of ice growth, which is important in freezing simulation. The water simulation solution uses the method of applying a new viscous technique to the IISPH(Implicit incompressible SPH) simulation, and the ice direction and the glaze effect use the proposed anisotropic freezing solution. The condition in which water particles change state to ice particles is calculated as a function of humidity and new energy with water flow. Humidity approximates a virtual water film on the surface of the object, and fluid flow is incorporated into our anisotropic freezing solution to guide the growth direction of ice. As a result, the results of the glaze and directional freezing simulations are shown stably according to the flow direction of viscous water.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2007.05a
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pp.1268-1271
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2007
트렌치 수로에서 동수압을 고려한 자유수면 흐름을 해석하고 난류 모형의 적용성을 제시하였다. 본 연구에 사용된 지배방정식으로 비정상 상태의 비압축성 유체에 대한 연속방정식과 비점성 Navier-Stokes 방정식을 사용하였다. 난류완결문제를 해결하기 위해서 $\kappa-\varepsilon$방정식을 사용하여서 난류 와점성을 구할 수 있다. 자유수면과 동수압을 고려하기 위하여 3단계로 나누어서 해석하였다. 제 1단계에서는 운동량방정식을 연직방향에 대해 음해적으로 차분하였다. 제2단계에서는 유속과 동수압 보정항으로 이루어진 식을 연속방정식에 대입하여 타원형 방정식인 동수압-포와송 방정식을 해석하여 얻어지는 유속은 질량보존법칙을 만족하게 된다. 마지막으로 자유수면과 최종유속을 보정 및 계산하였다. 본 연구에서 제시한 수치모형을 검증하기 위해서, 트렌치 수로에서 난류의 흐름에 변화를 고려하기 위해 수치모의를 하였다. 전반적으로 수치모의에 의한 결과와 실험 자료가 일치하는 경향을 보였다.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2007.05a
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pp.1392-1396
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2007
The governing equations in generalized curvilinear coordinates for 3D laminar flow are the Incompressible Navier-Stokes (INS) equations with the artificial dissipative terms. and continuity equation discretized using a second-order accurate, finite volume method on the nonstaggered computational grid. This method adopts a dual or pseudo time-stepping Artificial Compressibility (AC) method integrated in pseudo-time. Multigrid methods are also applied because solving the equations on the coarse grids requires much less computational effort per iteration than on the fine grid. The algorithm yields practically identical velocity profiles and secondary flows that are in excellent overall agreement with an experimental measurement (Humphrey et al., 1977).
We deal with a problem to determine experimentally as well as theoretically permeability of incompressible viscous flow through packed bed of bidisperse hard spheres in size. For the size ratios of large to small spheres ${\lambda}$=1.25 and 2, we set up bidisperse packing and measured porosity and permeability at various volumetric ratios of small to large spheres ${\gamma}$. Bidisperse packing shows lower porosity and permeability than monodisperse packing does. Variation of porosity as a function of ${\gamma}$ does not match with that of permeability. A theoretical expression for predicting permeability of a viscous flow for packed bed of bidisperse packing is derived based on calculation of drag force acting on each sphere and its predictions are compared with the experimental data and those from some relations previously suggested. It is found that our theory shows better agreement with experimental results than the previous studies and is proved to be quite simple and accurate in estimating the permeability.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.6
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pp.15-20
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2005
Two-dimensional incompressible Navier-Stokes flow solver is developed using SIMPLER method to study the unsteady viscous flow physics over two-dimensional ellipses. Unsteady viscous flows over various thickness-to-chord ratios of 0.6, 0.8, 1.0, and 1.2 elliptic cylinders are simulated at different Reynolds numbers of 200, 400, and 1,000. This study is focused on the understanding the effects of Reynolds number and elliptic cylinder thickness on the drag and lift forces. The present numerical solutions are compared with available experimental and numerical results and show a good agreement. Through this study, it is observed that the Reynolds number and the cylinder thickness affect not only the frequency of the force oscillations but also the mean values and the amplitudes of the total drag and lift forces significantly.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.267-277
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1993
A finite element method(FEM) is presented and applied to the two-dimensional bottom turbulent boundary layer. The time-dependent incompressible motion of a viscous fluid is formulated by using the well-known Navier-Stokes equations and vorticity equation in terms of the velocity and pressure fields. The general numerical formulation is based on Galerkin method and solved by introducing the mixing length theory of Prandtl for eddy kinematic viscosity of a turbulent flow field. Numerical computations of the transport of sediment on an arbitrary sea-bed due to wave motion in the turbulent boundary layer are carried out. The results obtained by the FEM made clear the difference in characteristic features between the boundary layer due to oscillatory flow and the boundary layer due to wave motion.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.5B
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pp.575-589
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2008
In the present work, we investigate the hydrodynamic behavior of a turbulent bore, such as tsunami bore and tidal bore, generated by the removal of a gate with water impounded on one side. The bore generation system is similar to that used in a general dam-break problem. In order to the numerical simulation of the formation and propagation of a bore, we consider the incompressible flows of two immiscible fluids, liquid and gas, governed by the Navier-Stokes equations. The interface tracking between two fluids is achieved by the volume-of-fluid (VOF) technique and the M-type cubic interpolated propagation (MCIP) scheme is used to solve the Navier-Stokes equations. The MCIP method is a low diffusive and stable scheme and is generally extended the original one-dimensional CIP to higher dimensions, using a fractional step technique. Further, large eddy simulation (LES) closure scheme, a cost-effective approach to turbulence simulation, is used to predict the evolution of quantities associated with turbulence. In order to verify the applicability of the developed numerical model to the bore simulation, laboratory experiments are performed in a wave tank. Comparisons are made between the numerical results by the present model and the experimental data and good agreement is achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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