This paper is a continuation of the recent development on Hermite-based divergence free element method and deals with a non-isothermal fluid flow thru the buoyancy driven flow in a square enclosure with temperature difference across the two sides. The basis functions for the velocity field consist of the Hermite function and its curl while the basis functions for the temperature field consists of the Hermite function and its gradients. Hence, the number of degrees of freedom at a node becomes 6, which are the stream function, two velocities, the temperature and its x and y derivatives. This paper presents numerical results for Ra = 105, and compares with those from a stabilized finite element method developed by Illinca et al. (2000). The comparison has been done on 32 by 32 uniform elements and the degree of approximation of elements used for the stabilized finite element are linear (Deg. 1) and quadratic (Deg. 2). The numerical results from both methods show well agreements with those of De vahl Davi (1983).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.3
s.234
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pp.376-383
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2005
In the paper we investigate characteristics of a transitional behavior from a premixed flame to a triple flame in a lifted flame according to the change of equivalence ratio. In previous study, we showed that the stabilized laminar lifted flame regime is categorized by regimes of premixed flame, triple flame and critical flame. A gas-chromatograph is used to measure concentration field, a smoke-wire system is used to measure streak line, and a PIV system is used to measure velocity field in lifted flame. In the visualization experiment of smoke wire, the flow divergence and redirection reappeared in premixed flame as well as triple flame. Thus we cannot express the flame front of lifted flame has a behavior of triple flame with only flow divergence and redirection. In PIV measurement, flow velocity for those three flames has minimum value at the tip of flame front. To differentiate triple flame and premixed flame, $\Phi$ value of partially premixed fraction is employed. The partially premixed fraction $\Phi$ was constant in premixed flame. In critical flame small gradient appears over the whole regime. In triple flame, typical diffusion flame shape is obtained as parabolic distribution type due to diffusion flame trailing.
Choi, Seung Min;Kang, Hui Bo;Kwon, Young Doo;Kwon, Soon Bum
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.12
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pp.785-792
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2016
In the present study, the effects of non-equilibrium condensation on the drag divergence Mach number with the angle of attack in a transonic 2D moist air flow of NACA0012 are investigated using the TVD finite difference scheme. For the same ${\alpha}$, the maximum upstream Mach number of the shock wave, Mmax, and the size of supersonic bubble decrease with the increase in ${\Phi}_0$. For the same $M_{\infty}$, ${\Phi}_0$, and $T_0$, the length of the non-equilibrium condensation zone ${\Delta}_z$ decreases with increasing ${\Phi}_0$. On the other hand, because of the attenuating effect of non-equilibrium condensation on wave drag, which is related to the interaction between the shock wave and the boundary layer, the drag coefficient $C_D$ decreases with an increase in ${\Phi}_0$ for the same $M_{\infty}$ and ${\alpha}$. For the same ${\alpha}$, $M_D$ increases with increasing ${\Phi}_0$, while $M_D$ decreases with an increase in ${\alpha}$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.6
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pp.1994-2004
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1996
Numerical calculation was applied to supersonic under-expanded jets, and compared with the results of a linear theory and other experiments. TVD difference scheme was employed to solve 2-dimensional and axisymmetric inviscid Euler equation. This paper aims to explore the effects of angle of divergence and design Mach number of nozzle on the structure of under-expanded jets. The angle of divergence was varied from 0 to 20 deg. The results show that the length of the first cell of the under-expanded jets decreases and Mach disk generates at lower nozzle pressure ratio, if the angle of divergence or design Mach number of nozzle increases. The distance from the nozzle exit to Mach disk in 2-dimensional jets becomes much larger than that of axisymmetric jets, and the widths of the jet boundary and the barrel shock wave are also larger than that of axisymmetric jets. Calculation results indicate that the configuration of the under-expanded jets is strongly dependent on the nozzle pressure ratio.
Kim, Jae Young;Kim, Young Jin;Jeon, Jeong Eun;Jeon, Jun Woo;Choi, Beom Soo;Choi, Jeong Won;Hong, Sang Jeen
Journal of the Semiconductor & Display Technology
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v.21
no.2
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pp.38-44
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2022
Plasma density in semiconductor fabrication equipment becomes higher to achieve the improved the throughput of the process, but the increase of surface corrosion of the ceramic coated chamber wall has been observed by the increased plasma density. Plasma chamber wall coating with aerosol deposition prefer to be firm and uniform to prevent the potential creation of particle inside the chamber from the deformation of the coating materials, and the aerosol discharge nozzle is a good control factor for the deposited coating condition. In this paper, we investigated the design of the nozzle of the aerosol deposition to form a high-quality coating film. Computational fluid dynamics (CFD) study was employed to minimize boundary layer effect and shock wave. The degree of expansion, and design of simulation approach was applied to found out the relationship between the divergence angle and nozzle length as the key parameter for the nozzle design. We found that the trade-off tendency between divergence angle and nozzle length through simulation and quantitative analysis, and present the direction of nozzle design that can improve the uniformity of chamber wall coating.
To better understand the physical processes that control the high-latitude lower thermospheric dynamics, we analyze the divergence and vorticity of the high-latitude neutral wind field in the lower thermosphere during the southern summertime for different IMF conditions. For this study the National Center for Atmospheric Research Thermosphere-Ionosphere Electrodynamics General Circulation Model (NCAR-TIEG CM) is used. The analysis of the large-scale vorticity and divergence provides basic understanding flow configurations to help elucidate the momentum sources that ulti-mately determine the total wind field in the lower polar thermosphere and provides insight into the relative strengths of the different sources of momentum responsible for driving winds. The mean neutral wind pattern in the high-latitude lower thermosphere is dominated by rotational flow, imparted primarily through the ion drag force, rather than by divergent flow, imparted primarily through Joule and solar heating. The difference vorticity, obtained by subtracting values with zero IMF from those with non-zero IMF, in the high-latitude lower thermosphere is much larger than the difference divergence for all IMF conditions, indicating that a larger response of the thermospheric wind system to enhancement in the momentum input generating the rotational motion with elevated IMF than the corresponding energy input generating the divergent motion. the difference vorticity in the high-latitude lower thermosphere depends on the direction of the IMF. The difference vorticity for negative and positive $B_y$ shows positive and negative, respectively, at higher magnetic latitudes than $-70^{\circ}$. For negative $B_z$, the difference vorticities have positive in the dusk sector and negative in the dawn sector. The difference vorticities for positive $B_z$ have opposite sign. Negative IMF $B_z$ has a stronger effect on the vorticity than does positive $B_z$.
An unstructured hybrid mesh flow solver has been developed for the simulations of three dimensional steady and unsteady incompressible flow fields. The incompressible Navier-Stokes equations with an artificial compressibility method were discretized by using a node-based finite-volume method. For the unsteady time-accurate computation, a dual-time stepping method was adopted to satisfy a divergence free flow field at each physical time step. The one equation Spalart-Allmaras turbulence model has been adopted to solve the high-Reynolds number flow fields. This method has been applied to calculate the steady flow fields around submarine configurations and unsteady flow fields around a 3-D infinite cylinder.
An analytical and numerical examination of second-order fractional-step methods and boundary condition for the incompressible Navier-Stokes equations is presented. In this study, the compatibility condition for pressure Poisson equation and its boundary conditions, stability, and numerical accuracy of canonical fractional-step methods has been investigated. It has been found that satisfaction of compatibility condition depends on tentative velocity and pressure boundary condition, and that the compatible boundary conditions for type D method and approximately compatible boundary conditions for type P method are proper for divergence-free velocity for type D and approximately divergence-free for type P method. Instability of canonical fractional-step methods is induced by approximation of implicit viscous term with explicit terms, and the stability criteria have been founded with simple model problems and numerical experiments of cavity flow and Taylor vortex flow. The numerical accuracy of canonical fractional-step methods with its consistent boundary conditions shows second-order accuracy except $D_{MM}$ condition, which make approximately first-order accuracy due to weak coupling of boundary conditions.
This paper describes a recent development on the divergence free basis function based on a hermite stream function and verifies its validity by comparing results with those from a modified residual method known as one of stabilized finite element methods. It can be shown that a proper choice of degrees of freedom at a node with a proper arrangement of the hermite interpolation functions can yield solenoidal or divergent free interpolation functions for the velocities. The well-known cavity problem has been chosen for validity of the present algorithm. The comparisons from numerical results between the present and the modified residual showed the present method yields better results in both the velocity and the pressure within modest Reynolds numbers(Re = 1,000).
The hard disk drive performance depends strongly on air bearing characterisitcs of the head slider. The objective of the slider design is to provide accurate positioning of the magnetic read/write element at the very small height above the disk. Application of the numerical methods is required due to complexity of the air bearing surface of the slider. The Boundary-Fitted Coordinate System Divergence Formulation method can be used for calculation of pressure distribution in the case of steep film thickness gradients. In the present work, the interpolating functions used in the expression for the Couette flow are modified in order to improve the solution characteristics in the extremely high compressibility number region. The advantages of the modified method are demonstrated on example of the flat skewed slider. Finally, the modi.ed method is applied to analysis of the static characteristics of the femto-slider. The analysis results indicate the effect of the silder's air bearing surface crown on the flying height and the pitching angle in steady state position.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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