Aerodynamic sensitivity analysis is performed for the Navier-Stokes equations coupled with two-equation turbulence models using a discrete adjoint method and a direct differentiation method respectively. Like the mean flow equations, the turbulence model equations are also hand-differentiated to accurately calculate the sensitivity derivatives of flow quantities with respect to design variables in turbulent viscous flows. Both the direct differentiation code and the adjoint variable code adopt the same time integration scheme with the flow solver to efficiently solve the differentiated equations. The sensitivity codes are then compared with the flow solver in terms of solution accuracy, computing time and computer memory requirements. The sensitivity derivatives obtained from the sensitivity codes with different turbulence models are compared with each other. Using two-equation turbulence models, it is observed that a usual assumption of constant turbulent eddy viscosity in adjoint methods may lead to seriously inaccurate results in highly turbulent flows.
A robust Navier-Stokes code has been developed to efficiently predict hypersonic flows in chemical nonequilibrium. The HLLE+ flux discretization scheme is used to improve accuracy and robustness of hypersonic flow analysis. An efficient LU approximate factorization method is also used to solve the flow equations and species continuity equations in fully coupled fashion to implicitly treat stiff source terms of chemical reactions. The HLLE+ scheme shows lower grid dependency for the wall heating rates than other schemes. The developed code has been used to compute chemical nonequilibrium air flow through expanding hypersonic nozzle and past two and three dimensional blunt-nosed bodies. The results are in good agreement with existing numerical and experimental results.
Knowledge of airflow characteristics in nasal cavities is essential to understand the physiological and pathological aspects of nasal breathing. Several studies have utilized physical models of the healthy nasal cavity to investigate the relationship between nasal anatomy and airflow. In our laboratory, there have been a series of experimental investigations on the nasal airflow in normal, abnormal, and deformed nasal cavity models cavity models by PIV under both constant and periodic flow conditions. In this time normal and several deformed nasal cavity models, which simulate surgical operation, Turbinectomy, are investigated numerically by the FVM general purpose code and PIV analysis. The comparisons of these results are appreciated. Dense CT data and careful treatment of model surface under the ENT doctor's advice provide more sophisticated cavity models. The Davis (LaVision Co.) code is used for PIV flow analysis. Average and RMS distributions have been obtained for inspirational and expirational nasal airflows in the normal and deformed nasal cavities.
As computer capacity has been progressed continuously, the studies of the flow characteristics have been performing by the numerical methods actively. Recent numerical simulation has a tendency to require the higher-order accuracy in time, as well as in space. This tendency is more true in LES and acoustic noise simulation. In this study, 3-dimensional unsteady Incompressible Navier-Stokes equation was solved by numerical method using the fractional step method with the fourth order compact pade scheme to achieve high accuracy To validate the present code and algorithm, 3D flow-field around a cylinder was simulated. The drag coefficient and lift coefficient were computed and, then, compared with experiment. The present code will be tailored to LES simulation for more accurate turbulent flow analysis.
In the present study, a three-dimensional least square/level set based two-phase flow code was developed for the simulation of three-dimensional sloshing problems using finite element discretization. The present method can be utilized for the analysis of a free surface flow problem in a complex geometry due to the feature of FEM. Since the finite element method is employed for the spatial discretization of governing equations, an unstructured mesh can be naturally adopted for the level set simulation of a free surface flow without an additional load for the code development except that solution methods of the hyperbolic type redistancing and advection equations of the level set function should be devised in order to give a bounded solution on the unstructured mesh. From the numerical experiments of the present study, it is shown that the proposed method is both robust and accurate for the simulation of three-dimensional sloshing problems.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.5
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pp.589-596
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2006
This study aims to propose a new model axial flow fan which attachs centrifugal blades, and to investigate the effect of centrifugal blades on the performance improvement of new model axial flow fan. A numerical simulation has been conducted using STAR-CD commercial code to solve the three dimensional incompressible Navier-Stokes equation for high Reynolds number $k-{\epsilon}$ turbulent model. Numerical simulation is carried out to investigate the detail phenomenon in the flow field and performance characteristics of new model and normal model fan. Calculation results are compared with normal model's results to investigate which centrifugal blades effect on velocity profile and pressure distribution at various flow field positions. and calculation results show that new model fan can improve the performance of total pressure.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.2
no.2
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pp.85-92
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1997
An axial flow fan design system has been made by integrating the self-developed programs and I-DEAS. By using the system, an axial flow fan was designed, manufactured and verified through the wind tunnel experiments in coorperation with a refrigerator appliance division. It has been shown that the optimal design without the ambiguity of the design parameters can be possible by the three-dimensional flow simulations using a self-developed CID code, FANS-3D. (Flow Analysis code using Navier Stokes aguations in Three-Dimensional curvilinear coordinates). By virtue of the fluency of the data flow, an optimally designed fan which satisfies design conditions can be selected in a short time and less cost. The manufacturing processes of a Mock-up and an injection molding die have been automated through the self-made interface programs which connnect from the start to the end. It has been shown that the newly developed fan by this system has a superior performance characteristics to an existing fan.
This study is object to flow analysis of ice cone die. The finite element model was developed to compute the flow, velocity and pressure for ice cone die. For flow analysis using result from FEM Code.
The present work was undertaken to numerically analyze the defrosting phenomena of windshield glass. In order to analysis the phase change from frost to water on windshield glass by discharging hot air from a defroster nozzle, the flow and the temperature field of the cabin interior, the heat transfer through the windshield glass, and the phase change of frost should be solve simultaneously. In the present work, the flow field was obtained by solving 3-D incompressible Navier-Stokes equations, and the temperature field was computed from the incompressible energy equation. The phase change process was solved by the enthalpy method. For the code validation, the temperature and the phase change of the driven cavity were calculated. The calculation showed a good agreement with other numerical results. Then, the present code was applied to the defrosting problem of a real automobile, and a good agreement with the experimental data was also obtained.
A multi-dimensional component for the thermal-hydraulic system analysis code, MARS, was developed for a more realistic three-dimensional analysis of nuclear systems. A three-dimensional and two-fluid model for a two-phase flow in Cartesian and cylindrical coordinates was employed. The governing equations and physical constitutive relationships were extended from those of a one-dimensional version. The numerical solution method adopted a semi-implicit and finite-difference method based on a staggered-grid mesh and a donor-cell scheme. The relevant length scale was very coarse compared to commercial computational fluid dynamics tools. Thus a simple Prandtl's mixing length turbulence model was applied to interpret the turbulent induced momentum and energy diffusivity. Non drag interfacial forces were not considered as in the general nuclear system codes. Several conceptual cases with analytic solutions were chosen and analyzed to assess the fundamental terms. RPI air-water and UPTF 7 tests were simulated and compared to the experimental data. The simulation results for the RPI air-water two-phase flow experiment showed good agreement with the measured void fraction. The simulation results for the UPTF downcomer test 7 were compared to the experiment data and the results from other multi-dimensional system codes for the ECC delivery flow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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