Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제20권3호
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pp.243-259
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2016
The Richards equation for water movement in unsaturated soil is highly nonlinear partial differential equations which are not solvable analytically unless unrealistic and oversimplifying assumptions are made regarding the attributes, dynamics, and properties of the physical systems. Therefore, conventionally, numerical solutions are the only feasible procedures to model flow in partially saturated porous media. The standard Finite element numerical technique is usually coupled with an Euler time discretizations scheme. Except for the fully explicit forward method, any other Euler time-marching algorithm generates nonlinear algebraic equations which should be solved using iterative procedures such as Newton and Picard iterations. In this study, lumped mass and distributed mass in the frame of Picard and Newton iterative techniques were evaluated to determine the most efficient method to solve the Richards equation with finite element model. The accuracy and computational efficiency of the scheme and of the Picard and Newton models are assessed for three test problems simulating one-dimensional flow processes in unsaturated porous media. Results demonstrated that, the conventional mass distributed finite element method suffers from numerical oscillations at the wetting front, especially for very dry initial conditions. Even though small mesh sizes are applied for all the test problems, it is shown that the traditional mass-distributed scheme can still generate an incorrect response due to the highly nonlinear properties of water flow in unsaturated soil and cause numerical oscillation. On the other hand, non oscillatory solutions are obtained and non-physics solutions for these problems are evaded by using the mass-lumped finite element method.
본 논문에서는 비동질 반무한 평면에 대한 비례경계유한요소법의 식을 유도하고 수치예제를 해석하였다. 비례경계유한 요소법은 편미분 방정식을 경계방향으로는 유한요소와 같은 근사를 통해서 약화시키고 방사방향으로는 정확해를 사용하는 반 해석적인 방법으로, 방사방향으로 멱함수를 따라 탄성계수가 변화되는 반무한 평면에 대해서 관계식을 가상일의 원리에 근거하여 새로이 유도하였다. 이 과정에서 반무한평면의 거동이 Euler-Cauchy방정식을 따름을 보이고, 기존의 동질 반무한평면의 해석시 도입되던 로그모드가 비동질 반무한 평면의 해석에는 유효하지 않음을 보였다. 수치예제를 통하여 유도된 식이 타당한 거동을 보임을 증명하고 이 접근법이 실제 공학적 문제의 해결에 있어서 유용함을 보였다.
An Euler-based CFD tool has been developed for the performance evaluation of a thrust reverser mounted on a high bypass ratio turbofan engine. The computational domain surrounded by the ground and non-reflection boundary includes the whole nacelle configuration with a deployed thrust reverser. The numerical algorithm is based on the modified Godunovs scheme to allow the second order accuracy in both space and time. The grid system is generated by using eleven multi-blocks, of which the total cell number is 148,400. The thrust reverser is modeled as if it locates at the nacelle simply in all circumferential direction. The existence of a fan and an OGV(Outlet Guide Vane) is simulated by adopting the actuator disk concept, in which predetermined radial distributions of stagnation pressure ratio and adiabatic efficiency coefficient are used for the rotor type disk, and stagnation pressure losses and flow outlet angles for the stator type disk. All boundary conditions including the fan and OGV simulation are treated by Riemann solver. The developed solver is applied to a turbofan engine with a bypass ratio of about 5.7 and the diameter of the fan cowl of 83 inch. The computational results show that the Euler-based inviscid method is very useful and economical to evaluate the performance of thrust reversers.
항공유체의 계산에 주로 사용되는 음해법의 하나인 IAF(Implicit Approximate Factorization)법을 이용해 3차원 Wigley 선형 주위의 자유표면파 및 점성유동장을 해석하였다. IAF 법을 사용함으로서 기존 Euler 양해법의 계산 시간을 50% 이상 감소시키는데 성공하였다. 수치기법으로 국부선형화와 Euler 음해법을 사용하였으며 artificial viscosity의 생성을 위한 압력 구배항은 사용하지 않았다. 수치 계산은 Reynolds 수 $10^6$. Froude 수 0.25, 0.289 및 0.316에 대하여 수행하였고 난류 모형으로는 Baldwin-Lomax 모형을 사용하였으며 주요 계산 결과로는 자유표면화 형상 및 속도분포 등이었다. 본 연구에서는 그 중에서 자유표면파 형상에 대한 계산 결과를 실험값 및 Euler 양해법을 사용한 결과와 각각 비교 검토하였다.
The purpose of this study is to present the most effective numerical scheme to calculate the unsteady flows. In order to calculate the flow quantities of flow past a circular cylinder, Three-time level and five convective schemes are applied to unsteady and convective terms, respectively. The values obtained are compared with those from the existing experimental and numerical studies. At Reynolds numbers up to 160, time intervals can be expanded 10 times of Implicit Euler scheme using Three-time level method, and it is found that QUICK and CUI schemes work much stable than others even if less grid density conditions. The combination of Three-time level and QUICK scheme gives high resolutions for laminar unsteady problems with PC level.
본 연구에서는 복잡한 해저지형을 고려한 조류의 거동을 예측하기 위한 3차원 다중기법을 개발하였다. 복잡한 해저지형을 보다 정확하고 효과적으로 고려하기 위하여 연직방향으로 $\sigma$좌표계를 도입하였다. 시간의 전개에 있어서는 계산상의 오차를 감소시키기 위하여 강한 감쇠효과를 가지는 것으로 알려진 Euler backward scheme을 Leapfrog scheme과 결합하여 사용하였다. 또한, 격자체계로는 해의 안정성을 위하여 교차격자체계를 사용하였다. 본 논문에서는, 계산예로서 다양한 해저지형을 가진 직육면체 유체영역을 설정하여 조류의 연직구조와 조류의 방향에 미치는 해저지형의 효과를 조사하였다. 본 연구에서 제안된, 해저지형을 직접적으로 고려한 3차원 다중기법의 계산결과와 2차원 수심평균기법에 의한 계산결과를 비교하여, 조류의 크기와 방향은 특히 복잡한 해저지형을 가지는 천수역에서 해저지형에 의하여 크게 영향을 받음을 알 수 있었다.
This article deals with implementation of a high-order finite difference scheme for numerical solution of the incompressible Navier-Stokes equations on curvilinear grids. The numerical scheme is based on pseudo-compressibility approach. A fifth-order upwind compact scheme is used to approximate the inviscid fluxes while the discretization of metric and viscous terms is accomplished using sixth-order central compact scheme. An implicit Euler method is used for discretization of the pseudo-time derivative to obtain the steady-state solution. The resulting block tridiagonal matrix system is solved by approximate factorization based alternating direction implicit scheme (AF-ADI) which consists of an alternate sweep in each direction for every pseudo-time step. The convergence and efficiency of the method are evaluated by solving some 2D benchmark problems. Finally, computed results are compared with numerical results in the literature and a good agreement is observed.
This paper presents on approach to the position control of a robot manipulator by using a decentralized adaptive control scheme. The large scale system is regarded as the system which consists of many subsystems having interconnection. In each subsystem, a local control system is composed by feedforward and feedback component, one computes the nominal torque from the Newton-Euler equation, the other computes the perturbation equation which reduce the position error of the manipulator along the nominal trajectory. A computer simulation studies was conducted to evaluate and compare the performances of the proposed manipulator control scheme with those of the PD control and centralized control schemes.
Curved intakes are commonly used from commercial aircraft to military missile. Sound radiation from the intake of air vehicle affects cabin noise, community noise and military detection. In this paper, Sound radiation from curved intake is computed using the high order, high resolution scheme. The generalized characteristic boundary conditions, adaptive nonlinear artificial dissipation model and conformal mapping for high order, high resolution scheme are used. The geometric change of curved intake and the frequency of acoustic source are considered. Two dimensional Euler equations are solved for theses analyses.
We consider the problem for approximate solution of linear stochastic evolution equations driven by infinite-dimensional fractional Brownian motion with Hurst parameter $H\;\in$ (0,1/2). The error of the approximate solution for the explicit Euler scheme is investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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