Kim, Je-In;Park, Il-Ryong;Kim, Ki-Sup;Ahn, Jong-Woo
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.3
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pp.215-226
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2017
This paper presents numerical results of the performance of a marin propeller in cavitating and non-cavitating flow conditions. The geometry and experimental validation data of the propeller are provided in Potsdam Propeller Test Case(PPTC) in the framework of the second International Symposium on Marine Propulsors 2011(SMP'11) workshop. The PPTC includes open water tests, velocity field measurements and cavitation tests. The present numerical analysis was carried out by using the Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) method on a wall-resolved grid ensuring a y+=1, where the SST k-${\omega}$ model was mainly used for turbulence closure. The influence of the turbulence model was investigated in the prediction of the wake field under a non-cavitating flow condition. The propeller tip vortex flows in both cavitating and non-cavitating conditions were captured through adaptation of additional grids. For the cavitation flows at three operation points, Schnerr-Sauer's cavitation model was used with a Volume-Of Fluid(VOF) approach to capture the two-phase flows. The present numerical results for the propeller wake and cavitation predictions including the open water performance showed a qualitatively reasonable agreement with the model test results.
Since the discovery, in the 1980s, of erosion-pit-induced fractures in implanted mechanical heart valves. cavitation on the surface of mechanical heart valves has been widely studied as a possible cause of pitting. Several factors, including peak dp/dt of the ventricular pressure. maximum closing velocity of the leaflet, and squeeze flow. have been studied as indices of the cavitation threshold. In the present study. cavitation erosion on the surface of a mechanical valve was examined by focusing on squeeze flow and the water hammer phenomenon during the closing period of the valve. In this study, we measures pressure wave forms near a valve and closing velocities of a disk, which were placed in a holder with and without compliance. In case of all holders, pressure drop of below vapor pressure expect at near the surface disk. It was also found that the closing velocity of the disk increased and that cavitation erosion was enhanced too. These results suggest that disk closing velocity during the closing phase has signifiant effects on pitting erosion.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.26
no.3
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pp.41-50
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1989
A basic formulation of the panel method, which is based on the potential field formulation, is reviewed for the case of two-dimensional hydrofoil problems. Numerical procedures to improve the computational efficiency of the panel method are suggested. By investigating local behavior of the flow around the trailing edge, a wedge type Kutta condition is formulated. By subdividing the trailing edge panels, where dipole strengths of the subdivided panels follow the local behavior of the potential values of the flow outside a wedge, the circulation around a hydrofoil is calculated accurately with a relatively small number of panels. The subdividing technique to improve the accuracy of the numerical Kutta condition is proved to be efficient. A local behavior of the flow around the leading edge is also investigated. By matching the flow around the leading edge with that around a parabola, a very accurate velocity distribution is obtained with relatively small number of panels. An accurate prediction of the stagnation point and the pressure distribution near the leading edge may contribute to improve the accuracy of cavity predictions and boundary layer calculations around hydrofoils.
We developed an upwind numerical formulation based on the eigenvalues of the approximate Jacobian matrix in order to solve the hyperbolic conservation laws governing the two-fluid two-phase flow models. We obtained eight analytic eigenvalues in the two dimensions that can be used for estimate of the wave speeds essential in constructing an upwind numerical method. Two-dimensional underwater cavitation in a flow past structural shapes or by underwater explosion can be solved using this method. We present quantitative prediction of cavitation for the water tunnel wall and airfoils that has both experimental data as well as numerical results by other numerical methods and models.
Cavitating flow is widely shown in many engineering systems, such as marine propellers, pump impellers, nozzles, injectors, torpedoes, etc. The present work focuses on the numerical analysis of the multiphase flow around the underwater vehicle which was launched from a submarine. The governing equation is the Navier-Stokes equation with a homogeneous mixture mode. The multiphase flow solver uses an implicit preconditioning scheme in curvilinear coordinate. For the code validation, the results from the present work are compared with the existing experimental and numerical results, and a reasonably good agrements are obtained. The multiphase flow around an underwater vehicle is simulated which includes submarine wake effects.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.3
s.234
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pp.306-313
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2005
The performance of a regenerative pump is affected by many parameters, especially blade shape of impeller, leakage flow in the clearance and head losses at the inlet & outlet. An impeller with J-shape blade was designed and 5 times scale up model was tested at similarity conditions to evaluate the performance. Performance variations with clearance change were executed. The amounts of leakage flow through the clearance were estimated using the one-dimensional leakage flow models and analysis. Main leakage flow is generated through the gap between the impeller and casing. The inlet & outlet head losses were also estimated. Such corrections are very important to evaluate the final performance of the impeller and pump. Cavitation test was also performed at 1,200 rpm. NPSH of the regenerative pump was obtained and growth of cavity within blades was visualized.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.3
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pp.180-187
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2016
As distinct from a slender body, the separation of the boundary layer on a bluff body give rise to complex wakes in which various kinds of vortices form, develop and interact with each other. In this paper, we investigate cavitation wake field behind wedge shaped two-dimensional fin models. Eight different models are tested at the Chungnam National University Cavitation Tunnel (CNU-CT). First, we measure wake cavity shapes and compare with numerical results, which shows the good agreement with each other. In addition, we demonstrate that wake flow characteristics of the control fin are clearly identified by the correlation analysis of high-speed camera images and pressure fluctuation measurements.
To mitigate the effects of cavitation and flashing, several types of orifices have been installed in the pipeline of new nuclear power plants. To review the effects of wall thinning caused by flow-accelerated corrosion by the types of orifices, which are cone and plate, and the relation between flow behavior and local wall thinning, experiments and numerical analyses for the downstream pipe of two types of orifices were performed. The experimental results in terms of static pressure obtained for the experimental facilities were compared with those of three-dimensional (3D) numerical analyses using the FLUENT code. As the results of review of flow-accelerated corrosion effects based on the experiment and numerical analysis, it was identified that the orifice of cone-type can be comparatively mitigated the effects of cavitation and flashing, but can not be mitigated the effect of flow-accelerated corrosion.
The cavitating flow simulation is of practical importance for many engineering systems, such as pump, turbine, nozzle, Infector, etc. In the present work, a solver for two-phase flows has been developed and applied to simulate the cavitating flows past hydrofoils. The governing equation is the two-phase Navier-Stokes equation, comprised of the continuity equation of liquid and vapor phase. The momentum and energy equation is in the mixture phase. The solver employs an implicit, dual time, preconditioned algorithm using finite difference scheme in curvilinear coordinates. An experimental data and other numerical data were compared with the present results to validate the present solver. It is concluded that the present numerical code has successfully accounted for two-phase Navier-Stokes model of cavitation flow.
In order to design a propeller with high efficiency and excellent cavitation performance, theoretical and experimental studies on the cavitation and noise characteristics according to the blade section shape are essential. In general, sheet cavitation, bubble cavitation, and cloud cavitation are the main causes of hull vibration and propeller surface erosion. However vortex cavitation, which has the greatest influence on the noise level because the fastest CIS in ship propeller, has been researched for a long time and studies have been conducted recently to control it. In this experiment, the development process of cavitation was measured by using three dimensional wings with two different wing section and wing tip shapes, and the noise level at that time was evaluated. In addition, we evaluated the relationship between cavitation inception and hydrodynamic force using three component load cell and we measured the velocity field of wing wake using LDV.
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