Brizzolara, Stefano;Bonfiglio, Luca;Medeiros, Joao Seixas De
Ocean Systems Engineering
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v.3
no.3
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pp.219-236
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2013
The accurate prediction of motion in waves of a marine vehicle is essential to assess the maximum sea state vs. operational requirements. This is particularly true for small crafts, such as Autonomous Surface Vessels (ASV). Two different numerical methods to predict motions of a SWATH-ASV are considered: an inviscid strip theory initially developed at MIT for catamarans and then adapted for SWATHs and new a hybrid strip theory, based on the numerical solution of the radiation forces by an unsteady viscous, non-linear free surface flow solver. Motion predictions obtained by the viscous flow method are critically discussed against those obtained by potential flow strip theory. Effects of viscosity are analyzed by comparison of sectional added mass and damping calculated at different frequencies and for different sections, RAOs and motions response in irregular waves at zero speed. Some relevant conclusions can be drawn from this study: influence of viscosity is definitely non negligible for SWATH vessels like the one presented: amplitude of the pitch and heave motions predicted at the resonance frequency differ of 20% respectively and 50%; in this respect, the hybrid method with fully non-linear, viscous free surface calculation of the radiation forces turns out to be a very valuable tool to improve the accuracy of traditional strip theories, without the burden of long computational times requested by fully viscous time domain three dimensional simulations.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.27
no.4
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pp.535-541
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2003
This paper describes numerical analysis of the impulse turbine with fixed guide vanes, a high performance hi-directional air turbine having simple structure for wane energy conversion. A 3-dimensional incompressible viscous flow numerical analysis based on the full Reynolds-averaged Wavier-Stokes equations was made to investigate the internal flow behavior Numerical results ate compared with experimental data. As a result, a suitable choice for the one of design factors has been clarified.
The three-dimensional incompressible Navier-Stokes equations have been solved by a node-centered finite volume method with unstructured hybrid grids. The pressure-velocity coupling is handled by the artificial compressibility algorithm and convective fluxes are obtained by Roe's flux difference splitting scheme with linear reconstruction of the solutions. Euler implicit method with Jacobi matrix solver is used for the time-integration. The viscous terms are discretised in a manner to handle any kind of grids such as tetragedra, prisms, pyramids, hexahedra, or mixed-element grid. Inviscid bump flow is solved to check the accuracy of high order convective flux discretisation. And viscous flows around a circular cylinder and a sphere are studied to show the efficiency and accuracy of the solver.
The flow field around a three dimensional minivan-like body has been simulated. This study solves 3-D unsteady incompressible Navier-Stokes equations on a non-orthogonal curvilinear coordinate system using second-order accurate schemes for the time derivatives, and third/second-order scheme for the spatial derivatives. The Marker-and-Cell concept is applied to efficiently solve continuity equation. The fourth -order artificial damping is added to the continuity equation for numerical stability. A H-H type multi-block grid system is generated around a three dimensional minivan-like body. Turbulent flows have been modeled by the Baldwin-Lomax turbulent model. The simulation shows three dimensional vortex-pair just behind body. And the flow separation is also observed the rear of the body. It has concluded that the results of present study properly agree with physical flow phenomena.
We deal with a sensitivity analysis of an optimal shape control problem for the stationary Navier-Stokes system. A two-dimensional channel flow of an incompressible, viscous fluid is examined to determine the shape of a bump on a part of the boundary that minimizes the viscous drag. By using the material derivative method and adjoint variables for a shape sensitivity analysis, we derive the shape gradient of the design functional for the model problem.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.3
no.4
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pp.241-249
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1991
A quasi-three dimensional calculation method is presented on the basis of Wu's idea using finite element methods. In B-B flow the governing equations are cast into a single equation to overcome the restriction of the type of turbomachinery, and Kutta condition is exactly assured by introducing a combination of two kinds of stream functions. In H-S flow a dissipative force which is assumed to be opposed to the relative velocity is added to the governing equation for a consistent loss model. The entropy change along each streamline is then calculated by assuming that the dissipative force may be a force coming from laminar viscous stresses with inviscid velocity distributions. Both the flow solvers are combined to build a three-dimensional flow field through a few iterations. For an effect of the distortion of H-S flow surface the body forces are computed after each B-B flow calculation is finished. Mizuki's centrifugal impellers are tested numerically. The reliability of the numerical solution compared with experimental data is guaranteed.
As a circular cylinder has a comparatively simple shape and becomes a basic problem for flows around other various shapes of bodies, the problem of two-dimensional viscous flow around the circular cylinder has been investigated, both theoretically and experimentally. But not a few problems are left unsolved. It is well known that the calculations are successfully made with the approximations of Stokes or Oseen for very low Reynolds numbers, but as Reynolds number is increased, Oseen's approximations as well as Stokes's ones become more and more remote from the exact solution of the Navier-Stokes equations. Therefore, in this paper, the authors transform the Navier-Stokes equations into the finite difference equations in the steady two-dimensional viscous flow at Reynolds number up to 45, and then solve the solution of the Navier-Stokes equations numerically. Also, the authors examine the accuracy of the solution by means of flow visualization with aluminum powder. The main results are as follows; (1) The critical Reynolds number at which twin vortices begin to form in the rear of the circular cylinder is found to be 6 in the experiment and 4 in the numerical solution. (2) As Reynolds number is increased, it is proved that the ratio of the length of the twin vortices to the diameter is grown almost linearly, both experimentally and numerically. (3) Separation angle is also increased according to reynolds number. But it is found that it would converge into 101.3 degrees, both experimentally and numerically.
Three-dimensional blood flow in the sac of the KTAH(Korean total artificial heart) is simulated using fluid-structure interaction model. The aim of this study is to delineate the three-dimensional unsteady-blood flow in the sac of KTAH. Incompressible viscous flow is assumed for blood using the assumption of Newtonian fluid. The numerical method employed in this study is the finite element software called ADINA. Fluid-structure interaction model between blood and sac is utilized to represent the deformation of the sac by the rigid moving actuator. Three-dimensional geometry of cactus type KTAH is chosen for numerical model with prescribed pressure boundary condition on the sac surface. Blood flow is generated by the motion of moving actuator and strongly interacts with the solid material surrounding blood. High shear stress is observed mainly near the inlet and outlet of the sac.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.12
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pp.1600-1607
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2004
Performance of a regenerative pump is evaluated based on the calculated through flows using the CFX-TASCflow code. Flow calculations are performed in one vane to vane space of the impeller and side channel. The flow is very complex three dimensional with a strong radial vortex due to centrifugal force and an axial vortex due to re-circulating flow between the impeller and the side channel. Momentum exchange on the plane between the impeller and the side channel are evaluated to estimate design parameters and viscous losses in the pump. The present study contributes to showing the capability of flow simulation of complex flow in the regenerative pump by comparing the calculated performance with the measured value.
This paper represents a numerical study of the flow field due to the interactions between a pair of vortices produced by vortex generators in a rectangular channel flow. In order to analyze longitudinal vortices induced by the vortex generators, the pseudo-compressibility method is introduced into the Reynolds-averaged Navier-Strokes equations of a 3-dimensional unsteady, incompressible viscous flow. A two-layer $k-{\epsilon}$ turbulence model is applied to a flat plate 3-dimensional turbulence boundary to predict the flow structure and turbulence characteristics of the vortices. The computational results predict accurately the vortex characteristics related to the flow field, the Reynolds shear stresses and turbulent kinetic energy. Also, in the prediction of skin friction characteristics the computational results are reasonably close to those of the experiment obtained from other researchers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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