Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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v.y2005m4
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pp.413-422
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2005
In this paper, numerical results for 3-D supersonic turbine flow have been firstly compared with the experimental results to verify results computed by $Fine^{TM}/Turbo$. It was found that $Fine^{TM}/Turbo$ can accurately predict flow characteristics within supersonic turbine. Next, an grid system for 3D turbine flow was optimized selected through grid independency test. Finally the effect of axial gap between rotor and nozzle and chamfer angle of blade edge on the flow characteristics within 3-D supersonic turbine was analyzed with Frozen Rotor method.
A general purpose program NUFLEX for the analysis of 3-D heat/fluid flow in complex geometry with pre/post processor have been developed, which consists of a flow solver based on FVM and a dedicated pre/post processor. The program employs a general non-orthogonal grid system and solve laminar and turbulent (lows with standard and RNG $\kappa-\epsilon$ turbulence models. NUFLEX is capable of analysing two-phase flow with topologically complex interface, turbulent diffusion combustion, solidification problems and magnetic flow. For the purpose of verification of the program and testing the applicability, several practical problems are solved and compared with the available data. Comparison of the NUFLEX results with that by the STAR-CD program has been also made for the same flow configuration and grid structure.
A general purpose program NUFLEX has been extended for two-phase flows with topologically complex interface and cavitation flows with liquid-vapor phase change caused by large pressure drop. In analysis of two-phase flow, the phase interfaces are tracked by employing a LS(Level Set) method. Compared with the VOF(Volume-of-Fluid} method based on a non-smooth volume-fraction function, the LS method can calculate an interfacial curvature more accurately by using a smooth distance function. Also, it is quite straightforward to implement for 3-D irregular meshes compared with the VOF method requiring much more complicated geometric calculations. Also, the cavitation process is computed by including the effects of evaporation and condensation for bubble formation and collapse as well as turbulence in flows. The volume-faction and continuity equations are adapted for cavitation models with phase change. The LS and cavitation formulation are implemented into a general purpose program for 3-D flows and verified through several test problems.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.295-302
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2009
The flow in the draft tube cone of Francis turbines operated at partial discharge is a complex hydrodynamic phenomenon where an incoming steady axisymmetric swirling flow evolves into a three-dimensional unsteady flow field with precessing helical vortex (also called vortex rope) and associated pressure fluctuations. The paper addresses the following fundamental question: is it possible to compute the circumferentially averaged flow field induced by the precessing vortex rope by using an axisymmetric turbulent swirling flow model? In other words, instead of averaging the measured or computed 3D velocity and pressure fields we would like to solve directly the circumferentially averaged governing equations. As a result, one could use a 2D axi-symmetric model instead of the full 3D flow simulation, with huge savings in both computing time and resources. In order to answer this question we first compute the axisymmetric turbulent swirling flow using available solvers by introducing a stagnant region model (SRM), essentially enforcing a unidirectional circumferentially averaged meridian flow as suggested by the experimental data. Numerical results obtained with both models are compared against measured axial and circumferential velocity profiles, as well as for the vortex rope location. Although the circumferentially averaged flow field cannot capture the unsteadiness of the 3D flow, it can be reliably used for further stability analysis, as well as for assessing and optimizing various techniques to stabilize the swirling flow. In particular, the methodology presented and validated in this paper is particularly useful in optimizing the blade design in order to reduce the stagnant region extent, thus mitigating the vortex rope and expending the operating range for Francis turbines.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.5
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pp.621-630
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2023
In this study, to investigate an energy reduction effect by field application of cylindrical baffle arrays, the 3D Debris flow numerical analysis was conducted with various baffle configurations for the simulation of a real-scale valley, where the cylindrical baffle arrays were installed. For this, the valley of the watershed was modeled using terrestrial LiDAR data from the real-scale experiment site. Numerical analysis simulated the flow behavior of debris flow and the structures using Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) technique of ABAQUS (Ver. 2021). The numerical analysis results that the case without cylindrical baffle arrays had a similar velocity change to that of the real-scale experiment. Also, the installation of baffles significantly reduced the frontal velocity of debris flow. Furthermore, increasing the baffle height increased the downstream energy reduction because of the higher flow impedance of taller baffles.
This paper presents results from system-level modeling of a water-based reactor cavity cooling system using RELAP5-3D. The computational model is benchmarked with experimental data from a half-scale RCCS test facility at Argonne National Laboratory. The model prediction is first compared with a two-phase oscillatory baseline experimental case where mixed accuracy is obtained. The model shows reasonable prediction of mass flow rate, pressure, and temperature but significant overprediction of void fraction. The model prediction is then compared with a fault case where the inlet of the risers is gradually reduced using a throttling valve. As the valve is closed, the model is able to predict some major flow phenomena observed in the experiment such as the dampening of oscillations, the reintroduction of oscillations, as well as boiling, flashing, and geysering in the risers. However, the timeline of these events are not well captured by the model. The model is also used to investigate the evolution of flow regime in the chimney. This work highlights that the semi-empirical constitutive relations used in RELAP-3D could have a strong influence on the accuracy of the model in two-phase oscillatory flows.
Flight vehicles such as wheel wells and bomb bays have many cavities. The flow around a cavity is characterized as an unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices brought about by the interaction between the free stream shear layer and the internal flow of the cavity. The resonance phenomena can damage the structures around the cavity and negatively affect the aerodynamic performance and stability of the vehicle. In this study, a numerical analysis was performed for the cavity flows using the unsteady compressible three-dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equation with Wilcox's turbulence model. The Message Passing Interface (MPI) parallelized code was used for the calculations by PC-cluster. The cavity has aspect ratios (L/D) of 2.5 ~ 7.5 with width ratios (W/D) of 2 ~ 4. The Mach and Reynolds numbers are 0.4 ~ 0.6 and $1.6{\times}106$, respectively. The occurrence of oscillation is observed in the "shear layer and transient mode" with a feedback mechanism. Based on the Sound Pressure Level (SPL) analysis of the pressure variation at the cavity trailing edge, the dominant frequencies are analyzed and compared with the results of Rossiter's formula. The dominant frequencies are very similar to the result of Rossiter's formula and other experimental data in the low aspect ratio cavity (L/D = ~ 4.5). In the large aspect ratio cavity, however, there are other low dominant frequencies due to the leading edge shear layer with the dominant frequencies of the feedback mechanism. The characteristics of the acoustic wave propagation are analyzed using the Correlation of Pressure Distribution (CPD).
Kim, Hong-Won;Oh, Kook-Taek;Ghal, Sang-Hak;Ha, Ji-Soo
Proceedings of the KSME Conference
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2001.11b
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pp.670-675
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2001
This paper describes aerodynamic preliminary design performance prediction and flow analysis for turbine of the marine middle engine turbocharger. The performance characteristics of turbocharger turbine are investigated at various operating conditions using mass flow rate and computational flow analysis for rotor and nozzle at design point are performed. Preliminary design results are performed by applying mean line and radial equilibrium theory. Performance prediction and flow analysis results show good agreement with experiments. From 3 dimensional flow analysis result, efficiency is 0.6% greater than design point. Therefore, this design approach is useful for preliminary design, and helps to increase the design capability for optimized rotor blade.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.11
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pp.690-696
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2017
Various types of alternative energy sources to petroleum are being developed both domestically and internationally as clean energy that does not emit greenhouse gases. In particular, offshore wind power has been studied because the wind resources are relatively limitless and the wind power is relatively smaller than onshore. In this study, to analyze the scour phenomenon around offshore wind foundations, mono pile and tripod pile foundations were simulated using a FLOW-3D model. The scour phenomenon was evaluated for mono piles: one is a pile with a 5 m diameter and d=1.69 m and the other is a pile with a 5 m diameter. Numerical analysis showed that in the latter, the falling-flow increased and the maximum scour depth occurred more than 1.7 times. For a tripod pile foundation, the measured velocity and the maximum wave condition were applied to the upstream boundary condition, respectively, and the scour phenomenon was evaluated. When the maximum wave condition was applied, the maximum scour depth occurred more than about 1.3 times. When the LES model was applied, the scour depth reached equilibrium, whereas the numerical results of the RNG model show that the scour phenomenon occurred in the entire boundary area and the scour depth did not reach equilibrium. To evaluate the scour phenomenon around offshore wind foundations, it is reasonable to apply the wave condition and the LES turbulence model to numerical model applications.
Jung, Sungmin;Kim, Young Shin;Park, Jeong-Bae;Jun, Pil Sun
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.18
no.3
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pp.78-83
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2014
A special part such as a flow passage opening device is required to prevent the disconnection of fuel transfer in a pressurized fuel tank. To meet this requirement, the device utilizing an acceleration follow-up technique was invented. RecurDyn, a dynamic analysis tool, is introduced in this article to predict the device's performance and to determine parameters affecting it. In the analysis, it is shown that balancing weights can open the passage in accordance with fuel position.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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