Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.4
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pp.91-100
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2008
Numerical implementation with a Cartesian cut-cell method is conducted in this study. A Cartesian cut-cell method is an easy and efficient mesh generation methodology for complex geometries. In this method, a background Cartesian grid is employed for most of computational domain and a cut-cell grid is applied for the peculiar grids where the flow characteristics are changed such as solid boundary to enhance the accuracy, applicability and efficiency. Accurate representation of complex geometries can be obtained by using the cut-cell method. The cut-cell grids are constructed with irregular meshes which have various shape and size. Therefore, the finite volume method is applied to numerical discretization on a irregular domain. The HLLC approximate Riemann solver, a Godunov-type finite volume method, is employed to discretize the advection terms in the governing equations. The weighted average flux method applied on the Cartesian cut cell grid for stabilization of the numerical results. To validate the numerical model using the Cartesian cut-cell grids, the model is applied to the rectangular tank problem of which the exact solutions exist. As a comparison of numerical results with the analytical solutions, the numerical scheme well represents flow characteristics such as free surface elevation and velocities in x-and y-directions in a rectangular tank with the Cartesian and cut-cell grids.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.6
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pp.449-456
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2021
In this paper, we present a strategy to extend solution capability of an existing low Mach number preconditioned compressible solver to incompressible flows with a little modification. To this end, the energy equation that is of the same form of the total energy equation of compressible flows is used. The energy equation is obtained by a linear combination of the thermal energy equation, the continuity equation and the mechanical energy equation. Subsequently, a modified artificial compressibility method in conjunction with a time marching technique is applied to these incompressible governing equations for steady flow solutions. It is found that the Roe average of the common governing equations is equally valid for both the compressible and incompressible flow conditions. The extension of an existing compressible solver to incompressible flows does not affect the original compressible flow analysis. Validity for incompressible flow analysis of the extended solver is examined for various inviscid, laminar and turbulent flows.
Kim, Man Sik;Lee, Jin Hee;Jeong, Chan;Park, Roh Hyuk
Journal of Wetlands Research
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v.10
no.2
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pp.67-79
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2008
The one-dimensional (1D) finite-difference method (FDM) with Abbott-Ionescu scheme and the two-dimensional (2D) finite-volume method (FVM) with an approximate Riemann solver (Osher scheme) for unsteady flow calculation in river are described. The two models have been applied to several problems including flow in a straight channel, flow in a slightly meandering channel and a flow in a meandering channel. The uniform rectangular channel was employed for the purpose of comparing results. A comparison is made between the results of computation on 1D and 2D flows including straight channel, slightly meandering channel and meandering channel application. The implementation of the finite-volume method allows complex boundary geometry represented. Agreement between FVM and FDM results regarding the discharge and stage is considered very satisfactory in straight channel application. It was concluded that a 1D analysis is sufficient if the channel is prismatic and remains straight. For curved (meandering) channels, a 2D or 3D model must be used in order to model the flow accurately.
The numerical simulation of shock waves in supersonic flows is challenging because of several instabilities which can affect the solution. Among them, the carbuncle phenomenon can introduce nonphysical perturbations in captured shock waves. In the present work, a hybrid numerical flux is proposed for the evaluation of the convective fluxes that avoids carbuncle and keeps high-accuracy on shocks and boundary layers. In particular, the proposed flux is a combination between an upwind approximate Riemann problem solver and the Local Lax-Friedrichs scheme. A simple strategy to mix the two fluxes is proposed and tested in the framework of a discontinuous Galerkin discretisation. The approach is investigated on the subsonic flow in a channel, on the supersonic flow around a cylinder, on the supersonic flow on a flat plate and on the flow in a overexpanded rocket nozzle.
Kim E.;Park S. H.;Kwon J. H.;Kim S. I.;Park S. O.;Lee K. S.;Hong S. G.
Journal of computational fluids engineering
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v.9
no.2
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pp.30-35
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2004
A numerical study of underexpanded jet and impingement on a wall mounted at various distances from the nozzle exit is presented. The 3-dimensional Wavier-Stokes equations and κ-ω turbulence equations are solved. The grids are constructed as overlapped grid systems to examine the distance effect. The DADI method is applied to obtain steady-state solutions. To avoid numerical instability such as the carbuncle phenomena that sometimes accompany approximate Riemann solver, the HLLE+ scheme is employed for the inviscid flux at the cell interfaces. A goal of this work is to apply a number of two-equation turbulence models based on the w equation to the impinging jet problem.
Kim E.;Park S. H.;Kwon J. H.;Kim S. I.;Park S. O.;Lee K. S.;Hong S. K.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2004.03a
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pp.139-145
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2004
A numerical study of underexpanded jet and impingement on a wall mounted at various distances from the nozzle exit is presented. The 3-dimensional Navier-Stokes equations and $\kappa-\omega$ turbulence equations are solved. The grids are constructed as overlapped grid systems to examine the distance effect. The DADI method is applied to obtain steady-state solutions. To avoid numerical instability such as the carbuncle that sometimes accompany approximate Riemann solver, the HLLE+ scheme is employed for the inviscid flux at the cell interfaces. A goal of this work is to apply a number of two-equation turbulence models based on the $\omega$ equation to the impinging jet problem.
Generally, Compressible Navier-Stokes codes are used to solve high mach number flows. But, Most of high mach number flows embrace low mach number flows. This phenomenon results in low convergence rate and non-physical solution in CFD analysis. So Many researchers developed preconditioning technique to solve these problems. This Study presents how to modify previous compressible N-S computer code with little changes of structure into preconditioned compressible N-S code applying Roe's Approximate Riemann Solver. And this study show developed preconditioning code is very well operated at all mach number flows.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.3
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pp.248-253
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2009
This paper presents a numerical study for unsteady flows in a high-pressure steam turbine with a partial admission stage. Compressible Navier-Stokes equations are solved by the high-order high-resolution finite-difference method based on the fourth-order compact MUSCL TVD scheme, Roe's approximate Riemann solver, and the LU-SGS scheme. The SST-model is also solved for evaluating the eddy-viscosity. The unsteady two-dimensional flows through whole nozzle-rotor cascade channels considering a partial admission are numerically investigated. 108 nozzle passages with two blockages and 60 rotor passages are simultaneously calculated. The influence of the flange in the nozzle box to the lift of rotors is predicted. Also the efficiency of the partial admission stage changing the number of blockages and the number of nozzles is parametrically predicted.
An efficient correction storage scheme on a structured grid is applied to a sequence of approximate Jacobian systems arising at each time step from a linearization of the discrete nonlenear system of equations, obtained by the implicit time discretization of the conservation laws for unsteady fluid flows. The contribution of freezing the Jacobian matrix to computing costs is investigated within the correction storage scheme. The performance of the procedure is exhibited by measuring CPU time required to obtain a fully developed laminar vortex shedding flow past a circular cylinder, and is compared with that of a collective iterative method on a single grid. In addition, some computed results of the flow are presented in terms of some functionals along with measured data. The computational test shows that the computing costs may be saved in favor of the correction storage scheme with the frozen Jacobian matrix, to a great extent.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.04a
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pp.608-614
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1997
2차원 압축성 오일러 방정식을 지배 방정식으로 하여 음향학적 문제를 직접 수치 계산하였다. Roe의 개략적인 리만해(Approximate Riemann Solver)에 의거하여 대류항을 구성하였고 높은 정확도를 유지하기 위해 Vanleer의 MUSCL 방법을 사용하여 공간을 이산화하였다. 시간 적분으로는 2차의 Runge-Kutta 방법을 사용하였다. Resonance tube 내의 음향학적 문제 해석을 위해 최근까지 제시된 음향 경계 조건들을 비교하였고 각 경계 조건들이 갖는 물리적 의미를 고찰하였다. 이들을 통하여 압력파의 물리적인 행태를 모사하였고 실험과 비교하였다. 계산결과들을 통하여 사용된 방법은 전형적인 압축성 유동 해석 문제 뿐만 아니라 선형, 비선형의 음향학적 문제들을 적절한 경계 조건과 결합하여 해석할 수 있음을 알 수 있었고 resonance tube와 같은 공학적으로 실제적인 문제들에 대한 응용이 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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