• Title/Summary/Keyword: 자유표면 추적

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Dynamic Response Analysis of Nonlinear Sloshing in Two Dimensional Rectangular Tank using Finite Element Method (유한요소법을 이용한 2차원 사각탱크내 비선형 슬로싱 동응답 해석)

  • 조진래;이홍우;하세윤;박태학;이우용
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.16 no.1
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    • pp.33-42
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    • 2003
  • This paper deals with the FEM analysis of nonlinear sloshing of incompressible, invicid and irrotational flow in two dimensional rectangular tank. We use laplace equation based on potential theory as governing equation. For large amplitude sloshing motion, kinematic and dynamic free surface conditions derived from Bernoulli equation are applied. This problem is solved by FEM using 9-node elements. For the time integration and accurate velocity calculation, we introduce predictor-corrector time marching scheme and least square method. Also, numerical stability in tracking of free surface is obtained by direct calculation of free surface location to time variation. Numerical results of sloshing induced by harmonic excitations, while comparing with those of linear theory and references, prove the accuracy and stability. After verification of our program, we analyze sloshing response characteristics to the fluid height and the excitation amplitude.

Nonlinear Free Surface Flows for an Axisymmetric Submerged Body (축대칭 몰수체에 대한 비선형 자유표면 유동)

  • Chang-Gu Kang
    • Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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    • v.28 no.1
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    • pp.27-37
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    • 1991
  • In this paper the nonlinear free surface flows for an axisymmetric submerged body oscillating beneath the free surface are solved and the forces acting on the body are calculated. A boundary integral method is applied to solve the axisymmetric boundary value problem and the Runge-Kutta 4-th order method is used for the time stepping of the free surface location. The nonlinear forces acting on the axisymmetric body are computed and compared with published results.

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Fabrication, Assembly and Alignment of the Off-axis Freeform K-DRIFT Pathfinder

  • Kim, Yunjong;Kim, Dohoon
    • The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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    • v.46 no.2
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    • pp.56.1-56.1
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    • 2021
  • 표준우주모형이 예측하는 천체의 성장 역사를 추적하기 위해서는 보통의 밤하늘 밝기보다 약 1000배 어두운 낮은 표면밝기(Low Surface Brightness, LSB) 우주 탐사가 필요하지만, 관측기술의 한계로 아직 LSB 우주는 거의 미지의 세계에 있다고 할 수 있다. 한국천문연구원에서는 LSB 천체 관측에 최적화된 직경 300 mm K-DRIFT Pathfinder 망원경을 개발하였다. LSB 천체는 ~28 mag/arcsec2 보다 어두운 천체로 표면밝기가 매우 낮기 때문에 망원경 내부의 미광(stray light)을 최소화하는 것이 중요하다. 이를 구현하기 위해 K-DRIFT Pathfinder 망원경에는 선형 비점수차가 제거된 비축 자유곡면 삼 반사경 형태를 적용하였다. 본 연구를 통해 가시광 영역에서 선형 비점수차가 제거된 비축 자유곡면 삼 반사 망원경의 설계, 제작 및 측정 가능성을 검증하였다. 본 발표에서는 K-DRIFT Pathfinder 망원경에 적용된 비축 자유곡면 광학면의 가공, 삼 반사 망원경의 조립 및 정렬 결과를 소개한다.

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Numerical Analysis of Free Surface Flows Using Adaptable Surface Particle Method based on Grid System (격자기반 적합 표면입자법을 이용한 자유표면유동 수치해석)

  • Shin, Young-Seop
    • Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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    • v.54 no.1
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    • pp.26-33
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    • 2017
  • In this study, the surface marker method, one of the particle tracking methods, used to track the free surface is extended to cover the more general cases easily including the collision and separation of the free surface. In surface particle method to redistribute particles effectively using the grid system, the free surface is composed of the sum of quadrilaterals having four curves where fixed markers are placed at ends of each curve. Fixed markers are used to know how curves are connected to each other. The position of fixed markers can move as the free surface deforms but all fixed markers cannot be deleted during all time of simulation to keep informations of curve connection. In the case of the collision or separtion of the free surface where several curves can be intersected disorderly, severe difficulties can occur to define newly states of curve connection. In this study, the adaptable surface parTicle method without fixed markers is introduced. Intersection markers instead of the fixed markers are used to define quadrilaterals. The position of the intersection markers is defined to be the intersection point between the free surface and the edge of the grid and it can be added or deleted during the time of simulation to allow more flexibilities. To verify numerical schemes, two flow cases are simulated and the numerical results are compared with other's one and shown to be valid.

Prediction of Free Surface by Streamline-Tracing Method (유선추적법을 이용한 자유표면 예측기법 개발)

  • 김태효;황상무
    • Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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    • 1998.03a
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    • pp.175-178
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    • 1998
  • Tracings streamlines in global coordinate, especially with finite element mesh, requires much computation due to C0 continuity of velocity field. In this study, a new approach is presented for the determination of streamlines from velocity field obtained by FE analysis. It is shown that amount of calculation can be drastically reduced and boundary of element can be easily treated. The approach is applied to the problem of free surface of deforming workpieces in shape rolling.

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Numerical Simulation of Mold Filling Processes of Castings by using of Predictor-two step Corrector-VOF

  • Xun, Sun;Junqing, Wang;Hwang, Ho-Young;Choi, Jeong-Kil
    • Journal of Korea Foundry Society
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    • v.22 no.6
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    • pp.299-303
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    • 2002
  • 수정된 SIMPLE법과 VOF의 결합으로 predictor-two step corrector-VOF라고 불리는 새로운 알고리즘이 주조 시 용탕 충전과정을 해석하기 위해 개발되었다. 운동량보존으로부터 유도된 새 2단계 속도 경계조건 처리법은 용탕의 자유표면을 추적하는 데 사용되었다. 본 연구에서는 2개의 예제 계산을 통해 계산정확도와 속도에 대한 Courant 수의 영향을 살펴보았다. 그 결과 적당한 Courant 수의 증가는 계산 정확도의 감소 없이 용탕 계산 속도를 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 또한 만족할 만한 계산 정확도와 효율이 이 알고리즘의 실제 제품 해석을 통해 얻어졌다.

Free Surface Analysis in Pipe Flows using the ALE Method (ALE를 이용한 관내 유동의 자유경계면 해석)

  • You, Jung-Doo;Tak, Moon-Ho;Park, Tae-Hyo
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • 2011.04a
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    • pp.748-751
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    • 2011
  • 일반적으로 물체의 거동을 해석하기 위해 고체영역에서는 Lagrangian 기법이 유체영역에서는 Eulerian 기법이 수치해석에 적용된다. Lagranian 기법은 서로 다른 물질의 경계와 자유표면에 대한 거동을 쉽게 추적할 수 있는 반면 물체의 대변형시 해석의 정확성이 떨어지는 단점이 있다. 또한 Eulerian 기법은 물질이동만을 고려하여 변형의 제한이 없는 장점을 가지고 있지만 이동하는 경계에 대해서 조건을 변화 시켜야하는 어려움이 있다. 따라서 이 두기법의 장단점을 서로 보안하기 위해 ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)기법이 제안되었으며 이를 적용한 유체-구조물의 상호작용 해석에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 이러한 ALE기법을 이용한 자유경계면에 대한 새로운 알고리즘이 제안된다.

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MOMENT-OF-FLUID METHOD FOR FREE SURFACE FLOW SIMULATION USING UNSTRUCTURED MESHES (비정렬 격자상에서 Moment-of-Fluid 방법을 이용한 자유표면유동계산)

  • Ahn, H.T.
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 2011.05a
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    • pp.65-67
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    • 2011
  • The moment-of-fluid (MOF) method is a new volume-tracking method that accurately treats evolving material interfaces. The MOF method uses moment data, namely the material volume fraction, as well as the centroid, for a more accurate representation of the material configuration, interfaces and concomitant volume advection. In this paper, unstructured mesh extension of the MOF method is to be presented. The MOF method is coupled with a stabilized finite element incompressible Navier-Stokes solver for two materials. The effectiveness of the MOF method is demonstrated with a free-surface dam-break problem.

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Animation of Bubbles in Liquid (액체 속 공기방울의 애니메이션)

  • Hong, Jeong-Mo;Kim, Chang-Hun
    • Journal of the Korea Computer Graphics Society
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    • v.9 no.1
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    • pp.1-2
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    • 2003
  • 본 논문에서는 액체와 기체가 상호작용 하는 현상들에 대한 새로운 유체 애니메이션 기법을 액체 속 공기방울의 예를 사용하여 제시한다. 기존의 자유표면 시뮬레이션 기법들과는 달리 액체와 기체를 함께 시뮬레이션 할 경우에는 기체의 유동과 액체의 유동을 동시에 다루어야 하며 비중 차에 의한 부력과 경계면에서의 표면장력 등을 추가적으로 고려해야 한다. 유체의 토폴로지 변화를 쉽게 다루면서도 수치적 분산을 막기 위하여 유체 역학 분야의 VOF (Volume of Fluid) 기법과 프론트 추적 (Front-tracking) 기법을 혼합하여 사용하였다. 액체와 기체의 경계면은 마칭 큐브즈 알고리즘을 사용하여 폴리곤으로 복원된 후 버텍스 쉐이더 기술들을 사용하여 액체-기체 경계면의 광학적인 특성을 표현할 수 있었다.

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A New VOF-based Numerical Scheme for the Simulation of Fluid Flow with Free Surface(I)-New Free Surface Tracking Algorithm and Its Verification- (자유 표면이 존재하는 유체 유동 해석을 위한 VOF방법의 기반의 새로운 수치 기법(I)-새로운 자유 표면 추적 알고리즘 및 검증-)

  • Kim, Min-Su;Sin, Su-Ho;Lee, U-Il
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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    • v.24 no.12
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    • pp.1555-1569
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    • 2000
  • Numerical simulation of fluid flow with moving free surface has been carried out. For the free surface flow, a VOF(Volume of Fluid)-based algorithm utilizing a fixed grid system has been investigated. In order to reduce numerical smearing at the free surface represented on a fixed grid system, a new free surface tracking algorithm based on the donor-acceptor scheme has been presented. Novel features of the proposed algorithm are characterized as two numerical tools; the orientation vector to represent the free surface orientation in each cell and the baby-cell to determine the fluid volume flux at each cell boundary. The proposed algorithm can be easily implemented in any irregular non-uniform grid systems that are usual in finite element method (FEM). Moreover, the proposed algorithm can be extended and applied to the 3-D free surface flow problem without additional efforts. For computation of unsteady incompressible flow, a finite element approximation based on the explicit fractional step method has been adopted. In addition, the SUPG(streamline upwind/Petrov-Galerkin) method has been implemented to deal with convection dominated flows. Combination of the proposed free surface tracking scheme and explicit fractional step formulation resulted in an efficient solution algorithm. Validity of the present solution algorithm was demonstrated from its application to the broken dam and the solitary wave propagation problems.