Two-dimensional multiphase flows due to density difference such as the Rayleigh-Taylor instability problem and the droplet splash are simulated by an in-house solution code(PowerCFD). This code employs an unstructured cell-centered method based on a conservative pressure-based finite-volume method with interface capturing method in a volume of fluid(VOF) scheme for phase interface capturing. The present results are compared with other numerical solutions found in the literature. It is found that the present code simulates complex free surface flows such as multiphase flows due to density difference efficiently and accurately.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제33권6호
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pp.873-879
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2009
The steady breakers at an infant stage are investigated through the numerical simulation. The appearing condition and characteristics of the sub-breaking waves are reviewed by analysing bow waves. The instability analysis is possibly done through the relationship between the free-surface curvature and circumferential force, which is obtained from the momentum equations. Navier-Stokes equations are solved by a finite difference method where the body-fitted coordinate system, the wall function and the advanced mesh system are invoked. The numerical result shows that the gradient of M/$U_s$ is greatly influenced by the Froude number and the decrease of M/$U_s$ indicates that the flows are unstable. Additionally flows with plunging or spilling are simulated successfully, but the application of breakers to the severely broken wave still remains to be settled in the future.
In this study, the deformation of the free surface motion of a magnetic fluid for the change in electromagnetic force is discussed. In case, magnetic fluid in characteristics of fluid adjusted to the opposite direction of the gravity direction. Thus, the device of a magnetic fluid proposed the complete zero-leakage Sealing and the surface actuator. The device of surface deformation as well comparison between numerical simulation and experiments as will be presented.
Large eddy simulation of vortexing flow of molten steel in the continuous casting mold with and without DC magnetic field was conducted. The influence of the position of magnetic field to the residence time and depth of the vortex was analyzed. The mechanism of the influence of magnetic field to the vortexing flow was found. The computational results show that the vortexing flow is the result of shearing of the two un-symmetric surface flows from the mold narrow faces when they meet adjacent to the SEN; the un-symmetric flow for turbulent vortex is caused by turbulent energy of the fluid and that for biased vortex is caused by biased flow and the turbulent energy of fluid; with the moving of the magnetic field from the centerline of the outlet of the SEN to the free surface, the surface velocity is decreased gradually and the depth of the turbulent vortex and the biased vortex is decreased, the residence time is increased with the magnetic field moves from DL=120mm to DL=60mm and then decreased; the turbulent vortex and the biased vortex can be eliminated when the magnetic field is located at the free surface.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제3권1호
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pp.72-79
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2011
Typical results obtained by a newly developed, nonlinear time domain hybrid method for simulating large amplitude motions of ships advancing with constant forward speed in waves are presented. The method is hybrid in the way of combining a time-domain transient Green function method and a Rankine source method. The present approach employs a simple double integration algorithm with respect to time to simulate the free-surface boundary condition. During the simulation, the diffraction and radiation forces are computed by pressure integration over the mean wetted surface, whereas the incident wave and hydrostatic restoring forces/moments are calculated on the instantaneously wetted surface of the hull. Typical numerical results of application of the method to the seakeeping performance of a standard containership, namely the ITTC S175, are herein presented. Comparisons have been made between the results from the present method, the frequency domain 3D panel method (NEWDRIFT) of NTUA-SDL and available experimental data and good agreement has been observed for all studied cases between the results of the present method and comparable other data.
Numerical simulations have been carried out for a 138K LNG Carrier (KLNG) model ship with free surface, using WAVIS 2.0 and Fluent 6.3.26 with various $y^+$ values and different grid densities. Level-set method for free surface capturing was adopted in WAVIS, while VOF has been used in Fluent. The calculated results were compared with the experiment data. Resistance coefficient, wave pattern, wave profile along the hull surface, axial velocity contours and transverse vectors had been analyzed. When the first $y^+$ value was fixed at 60, the simulation results from both WAVIS and Fluent were improved as the number of grids increased. The convergence time of WAVIS was much shorter than that of Fluent. Furthermore, WAVIS predicted the velocity field and the wave profile along the hull surface better than Fluent. However, Fluent gave better wave patterns.
In this study, the topics for free-surface wave simulation, nonlinear hydrodynamic force, and the critical resonance frequency of so-called ${\tau}=U{\omega}/g$=1/4 are discussed. A high-order spectral/boundary element method is newly adapted as an efficient numerical tool. This method is one of the most efficient numerical methods by which the nonlinear gravity waves can be simulated and hydrodynamic forces also can be calculated in time domain. In this method, the velocity potential is expressed as the sum of surface potential and body potential. Then, surface potential is solved by using the high-order spectral method and body potential is solved by using the high-order boundary element method. By the combination of these two methods, the wave-making problems by a submerged sphere oscillating with forward speed under the free-surface are solved in time domain.
The filling pattern and an adaptive grid refinement based on the finite element method and Eulerian mesh advancement approach have been developed to analyze incompressible transient viscous flow with free surfaces. The governing equation fur flow analysis is Navier-Stokes equation including inertia and gravity effects. The mixed FE formulation and predictor-corrector method are used effectively for unsteady numerical simulation. The flow front surface and the volume inflow rate are calculated using the filling pattern technique to select an adequate pattern among seven filling patterns at each tetrahedral control volume. By adaptive grid refinement, the new flow field that renders better prediction in flow surface shape is generated and the velocity field at the flow front part is calculated more exactly. In this domain the elements in the surface region are made finer than those in the remaining regions for more efficient computation. The collapse of a water dam and the filling of a fluidity spiral have been analyzed. The numerical results have been in good agreement with the experimental results and the efficiency of the adaptive grid refinement and filling pattern techniques have been verified.
Nano imprint lithography(NIL) is a cost-efficient, high-throughput processing technique to transfer nano-scale patterns onto thin polymer films. Polymers used as the resist include UV cured resins as well as thermoplastics such as polymethyl-methacrylate(PMMA). In this study, an analytic investigation was performed for the NIL process of transferring nano scale patterns onto polymeric films. Process optimization calls for a thorough understanding of resist flow during the process. We carried out 2D and 3D numerical analyses of resist flow during NIL process. The simulation incorporated continuum-hypothesis and the effects of surface tension were taken into account. For a more effective prediction of free surface, fixed grid scheme with the volume of fluid (VOF) method were used. The simulation results were verified with experimental results qualitatively. And the parametric study was performed for various process conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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