Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.8
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pp.1122-1133
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2003
Numerical characteristics of implicit upwind schemes, such as upwind ADI, line Gauss-Seidel (LGS) and point Gauss-Seidel (LU) algorithms, for Navier-Stokes equations have been investigated. Time-derivative preconditioning method was applied for efficient convergence at low Mach/Reynolds number regime as well as at large grid aspect ratios. All the algorithms were expressed in approximate factorization form and von Neumann stability analysis was performed to identify stability characteristics of the above algorithms in the presence of high grid aspect ratios. Stability analysis showed that for high aspect ratio computations, the ADI and LGS algorithms showed efficient damping effect up to moderate aspect ratio if we adopt viscous preconditioning based on min-CFL/max-VNN time-step definition. The LU algorithm, on the other hand, showed serious deterioration in stability characteristics as the grid aspect ratio increases. Computations for several practical applications also verified these results.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.1
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pp.99-105
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2006
In this study, nonlinear static and dynamic aeroelastic analyses for a high-aspect-ratio wing have been performed. To achieve these aims, the transonic small disturbance (TSD) theory for the aerodynamic analysis and the large deflection beam theory considering a geometrical nonlinearity for the structural analysis are applied, respectively. For the coupling between fluid and structure, the transformation of a displacement from the structural mesh to the aerodynamic grid is performed by a shape function which is used for the finite element and the inverse transformation of force by work equivalent load method. To validate the current method, the present analysis results of a high-aspect-ratio wing are compared with the experimental results. Static deformations in the vertical and torsional directions caused by an angle of attack and gravity loading are compared with experimental results. Also, static and dynamic aeroelastic characteristics are investigated. The comparisons of the flutter speed and frequency between a linear and nonlinear analysis are presented.
The local preconditioning method has both robust convergence and accurate solutions by using local flow properties for parameters in the preconditioning matrix. Preconditioning methods have been very effective to low speed inviscid flows. In the viscous and turbulent flows, deterioration of convergence should be overcame on the high aspect ratio grids to get better convergence and accuracy. In the present study, the local time stepping and min-CFL/max-VNN definitions are applied to compare the results and we propose the method that switches between two methods. The min-CFL definition is applied for inviscid flow problems and the min-CFL/max-VNN definition is implemented to viscous and turbulent flow problems.
Gill J. H.;Lee D. H.;Choi Y. H.;Kwon J. H.;Lee S. S.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2002.10a
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pp.95-102
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2002
Studies of the numerical characteristics of implicit upwind schemes, such as upwind ADI, Line Gauss-Seidel(LGS) and Point Gauss-Seidel(LU) algorithms, for preconditioned Navier-Stokes equations ate performed. All the algorithms are expressed in approximate factorization form and Von Neumann stability analysis and convergence studies are made. Preconditioning is applied for efficient convergence at low Mach numbers and low Reynolds numbers. For high aspect ratio computations, the ADI and LGS algorithms show efficient and uniform convergence up to moderate aspect ratio if we adopt viscous preconditioning based on min- CFL/max- VNN time-step definition. The LU algorithm, on the other hand, shows serious deterioration in convergence rate as the grid aspect ratio increases. Computations for practical applications also verify these results.
Yoo, Jae-Hun;Kim, Chang Kee;Choi, Yoon Jeong;Lim, Ye Seul
Journal of the Korea Society for Simulation
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v.28
no.2
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pp.23-33
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2019
A sub-munition which has low aspect ratio does not have flight stability and control of drag force under free-fall condition. In order to satisfy those problems, fin, which is called grid-fin, is designed instead of conventional flight fins and adapted to the sub-munition. The base model of the sub-munition is firstly set and numerical simulation of the model is conducted under transonic condition that is free-fall range of the sub-munition. Wind test is secondly performed to verify the simulation result. The result shows that grid fin adapted sub-munition has high drag force, but the flight stability is still needed. In order to enhance the flight stability, two additional grid-fins are designed which modify web-thickness and numerical simulations of modified models are conducted. As the results, the thinnest web-thickness grid-fin has the highest flight stability and still maintains high drag coefficient. Based on these results, design of grid-fin adapted sub-munition is completed, the path trajectory of the sub-munition can be predicted with acquired aerodynamic datum and it is expected that grid fin can be used to various shape of the flight vehicle and bomb.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.22
no.6
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pp.935-941
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1998
Experiments were carried out for a cubic cavity flow. Contrinuous shear stress is supplied by driven flow for high Reynolds number and three kinds of aspect ratios. Velocity vectors are obtained by PIV and they are used as velocity components for Poisson equation for pressure, Related boundary conditions and no-slip condition at solid wall and the linear velocity extrapolation on the upper side of cavity are well examined for the present study. For calculation of pressure resolution of grid is basically $40{\times}40$ and 2-dimensional uniform mesh using MSC staggered grid is adopted. The flow field within the cavity maintains a forced-vortex formation and almost of the shear stress from the driving inflow is transformed into rotating flow energy and the size of the distorted forced-vortex increases with increment of Reynolds number
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.8
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pp.1-11
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2004
A comprehensive study has been made for the investigation of the convergence and stability characteristics of the LU scheme for solving the Navier-Stokes equations on unstructured meshes. For this purpose the characteristics of the LU scheme was initially studied for a scalar model equation. Then the analysis was extended to the Navier-Stokes equations. It was shown that the LU scheme has an inherent stiffness in the streamwise direction. This stiffness increases when the grid aspect ratio becomes high and the cell Reynolds number becomes small. It was also shown that the stiffness related to the grid aspect ratio can be effectively eliminated by performing proper subiteration. The results were validated for a flat-plate turbulent flow.
Large eddy simulation is used to investigate the compressible flow over a cavity with high aspect ratio. The sub-grid scale stresses are modeled using the dynamic model. The compressible Navier-Stokes equations are solved with the sixth order accurate compact finite difference scheme in the space and the 4th order Runge-Kutta scheme in the time. The buffer Bone techniques are used for non-reflecting boundary conditions. The results show the shear layer oscillation over the cavity. The votical disturbances, the roll-up of vorticity, and impingement and scattering of vorticity at the downstream cavity edge can be seen in the shear layer. Several peaks for the resonant frequencies are found in the spectra of the vertical velocity at the center-line. The most energetic Peak near the downstream edge is different from that at the center part of the cavity The pressure has its minimum value in the vortex core inside the cavity, and becomes very high at the downstream face of the cavity. The variation of the model coefficient predicted by the dynamic model is quite large between 0 and 0.3. The model coefficient increases in the stream-wise evolution of the shear layer and sharply decreases near the wall due to the wall effect.
Prandtl's Lifting-line theory is the classical theory of calculating aerodynamic properties. Though it is classical method, it predicts the aerodynamic properties well. By lifting-line theory, high aspect ratio is critical factor to decrease induced drag. And 'elliptic-similar' wing also makes the minimum induced drag. But due to the problem of manufacturing, tapered wing is preferred and have been utilized. In this Paper, by using Edison CFD, verifying the classical lifting-line theory. To consider induced drag only, using Euler equation as governing equation instead of full Navier-Stokes equation. Refer to the theory, optimum taper ratio which makes the minimum induced drag is 0.3. Utilizing the CFD results, plotting oswald factor over various taper ratio and investigating whether the consequences are valid or not. As a result, solving Euler equation by EDISON CFD cannot guarantee the theoretical values because it is hard to set the proper grid to solve. Results are divided into two cases. One is the values are decreased gradually and another seems to following tendency, but values are all negative number.
An unstructured overset mesh method has been developed for the simulation of unsteady viscous flow fields around multiple bodies in relative motion. For this purpose, a robust and fast search technique is proposed for both triangle and high-aspect ratio quadrilateral cell elements. The interpolation boundary is defined for data communication between grid systems and an interpolation method is suggested for viscous and inviscid cell elements. This method has been applied to calculate the flow fields around 2-D airfoils involving relative motion. Validations were made by comparing the predicted results with those of experiments or other numerical results. It was demonstrated that the present method is efficient and robust for the prediction of unsteady time-accurate flow fields involving multiple bodies in relative motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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