A high resolution scheme for solving gas-liquid two-phase flows with cavitation is described. This scheme uses the curvilinear coordinate grid and solves the density based momentum equations for mixture of gas-liquid medium with a preconditioning method to treat both compressible and incompressible flow characteristics. The present preconditioned method is based on the Runge-Kutta explicit finite-difference scheme, and is improved by using the diagonalization, the flux difference splitting and the MUSCL-TVD schemes to save computational effort and to increase stability and resolvability, especially at gas-liquid contact surfaces. A homogeneous equilibrium cavitation model is used to treat the gas-liquid two-phase medium in cavitating flow as a locally homogeneous pseudo-single-phase medium. Therefore, it is easy to solve cavitating flow, including wave propagation, large density changes and incompressible flow characteristic at low Mach number. Some numerical results obtained by the present scheme are shown.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.2
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pp.119-125
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2003
An experiment study on pressure drop was carried out for both an adiabatic and a diabatic two-phase flow with pure refrigerants R134a and Rl23 and their mixtures as test fluids in a uniformly heated horizontal tube. The frictional pressure drop during flow boiling is predicted by using two models; the homogeneous model that assumes equal phase velocity and the separate flow model that allows a slip velocity between two phases. The measured frictional pressure drop was compared to a few available correlations. Homogeneous model considerally underpredicted the present data for mixture as well as pure component in the entire mass velocity ranges employed in the present study, while Friedel correlation was found to satisfactorily correlate the frictional pressure drop data as compared to other correlation.
The elliptic relaxation model(ERM) with the inhomogeneous correction intermediate between near wall with and far from the wall. The source of the ERM usually was appled quasi-homogeneous pressure-strain correlation in homogeneous situations. This formulation was easily applied to the linear model or non-linear pressure-strain model. It is observed that the boundary conditions of the relaxation operator dominate the homogeneous pressure-strain model in the near wall region. While looking at high-Reynolds number flows, it was found necessary to modify the effect of the relaxation operator throughout the log region by accounting for gradients of the flatness variable and turbulent length scales. These effects are kinematic blocking of the wall normal velocity fluctuation and pressure reflections from the surface. This model is wall distances and unit vectors which make the model applicable to flows boundary by a complex geometry. Inhomogeneous correction model is computed inertial and non-inertial channel flow These are compared DNS(Kim et at., Kristofffrsen & Andersson) for channel flow. The present model could be predicted well for rotating flows.
In this paper, the cavitating flows around a hydrofoil have been numerically investigated by using a 2-d multi-phase RANS flow solver based on pseudo-compressibility and a homogeneous mixture model on unstructured meshes. For this purpose, a vertex-centered finite-volume method was utilized in conjunction with 2nd-order Roe's FDS to discretize the inviscid fluxes. The viscous fluxes were computed based on central differencing. The Spalart-Allmaras one equation model was employed for the closure of turbulence. A dual-time stepping method and the Gauss-Seidel iteration were used for unsteady time integration. The phase change rate between the liquid and vapor phases was determined by Merkle's cavitation model based on the difference between local and vapor pressure. Steady state calculations were made for the modified NACA66 hydrofoil at several flow conditions. Good agreements were obtained between the present results and the experiment for the pressure coefficient on a hydrofoil surface. Additional calculation was made for cloud cavitation around the hydrofoil. The observation of the vapor structure, such as cavity size and shape, was made, and the flow characteristics around the cavity were analyzed. Good agreements were obtained between the present results and the experiment for the frequency and the Strouhal number of cavity oscillation.
The accurate estimation of leak rate through cracks is crucial in applying the leak before break (LBB) concept to pipeline design in nuclear power plants. Because of its importance, several programs were developed based on the several proposed flow models, and used in nuclear power industries. As the flow models were developed for a homogeneous pipe material, however, some difficulties were encountered in estimating leak rates for bimaterial pipes. In this paper, a flow model is proposed to estimate leak rate in bimaterial pipes based on the modified Henry-Fauske flow model. In the new flow model, different crack morphology parameters can be considered in two parts of a flow path. In addition, based on the proposed flow model, a program was developed to estimate leak rate for a crack with linearly varying cross-sectional area. Using the program, leak rates were calculated for through-thickness cracks with constant or linearly varying cross-sectional areas in a bimaterial pipe. The leak rate results were then compared and discussed in comparison with the results for a homogeneous pipe. The effects of the crack morphology parameters and the variation in cross-sectional area on the leak rate were examined and discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.3
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pp.171-181
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2017
Two-phase cross flow exists in many shell-and-tube heat exchangers such as condensers, evaporators, and nuclear steam generators. The drag force acting on a tube bundle subjected to air/water flow is evaluated experimentally. The cylinders subjected to two-phase flow are arranged in a normal square array. The ratio of pitch to diameter is 1.35, and the diameter of the cylinder is 18 mm. The drag force along the flow direction on the tube bundles is measured to calculate the drag coefficient and the two-phase damping ratio. The two-phase damping ratios, given by the analytical model for a homogeneous two-phase flow, are compared with experimental results. The correlation factor between the frictional pressure drop and the hydraulic drag coefficient is determined from the experimental results. The factor is used to calculate the drag force analytically. It is found that with an increase in the mass flux, the drag force, and the drag coefficients are close to the results given by the homogeneous model. The result shows that the damping ratio can be calculated using the homogeneous model for bubbly flow of sufficiently large mass flux.
A high resolution numerical method aimed at solving cavitating flow is proposed and applied to gas-liquid two-phase shock tube problem. The present method employs a finite-difference 4th-order Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL TVD scheme. By applying the homogeneous equilibrium cavitation model, the present density-based numerical method permits simple treatment of the whole gas-liquid two-phase flow field, including wave propagation and large density changes. The speed of sound for gas-liquid two-phase media is derived on the basis of thermodynamic relations and compared with that by eigenvalues. By this method, a Riemann problem for Euler equations of one dimensional shock tube was computed. Numerical results such as detailed observations of shock and expansion wave propagations through the gas-liquid two-phase media at isothermal condition and some data related to computational efficiency are made. Comparisons of predicted results and exact solutions are provided and discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.1
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pp.9-18
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2010
There are two kinds of models in two-phase pressured drop; homogeneous flow model and separated flow model. Many previous researchers have developed correlations for two-phase pressure drop in a microchannel. Most correlations were modified Lockhart and Martinelli's correlation, which was based on the separated flow model. In this study, experiments for adiabatic liquid water and nitrogen gas flow in rectangular microchannels were conducted to investigate two-phase pressure drop in the rectangular microchannels. Two-phase frictional pressure drop in the rectangular microchannels is highly related with flow regime. Homogeneous model with six two-phase viscosity models: $Owen^{(21)}$'s, $MacAdams^{(22)}$'s, Cicchitti et ${al.}^{(23)}$'s, Dukler et ${al.}^{(24)}$'s, Beattie and ${Whalley}^{(25)}$'s, Lin et ${al.}^{(26)}$'s models and six separated flow models: Lockhart and $Martinelli^{(27)}$'s, ${Chisholm}^{(31)}$'s, Zhang et ${al.,}^{(15)}$'s, Lee and ${Lee}^{(5)}$'s, Moriyama and ${Inue}^{(4)}$'s, Qu and $Mudawar^{(8)}$'s models were assessed with our experimental data. The best two-phase viscosity model is Beattie and Whalley's model. The best separated flow model is Qu and Mudawar's correlation. Flow regime dependency in both homogeneous and separated flow models was observed. Therefore, new flow pattern based correlations for both homogeneous and separated flow models were individually proposed.
The cavitating flow simulation is of practical importance for many engineering systems, such as marine propellers, pump impellers, nozzles, injectors, torpedoes, etc. The present work has focused on the simulation of cavitating flow past cylinders with strong side flow. The governing equation is the Navier-Stokes equation based on homogeneous mixture model. The momentum and energy equation is in the mixture phase while the continuity equation is solved liquid and vapor phase, separately. An implicit dual time and preconditioning method are employed for computational analysis. The results from the present solver have been in a fairly good agreement with the experimental data and other numerical results. After the code validation the strong side flow was applied to include the wake flow effect of the submarine.
Cavitating flow simulation is of practical importance for many engineering systems, such as marine propellers, pump impellers, nozzles, injectors, torpedoes, etc. The present work has focused on the simulation of cavitating flow past cylinders with strong side flows. The governing equation is the Navier-Stokes equation based on the homogeneous mixture model. The momentum and energy equation is in the mixture phase while the continuity equation is solved liquid and vapor phase, separately. An implicit dual time and preconditioning method are employed for computational analysis. For the code validation, the results from the present solver have been compared with experiments and other numerical results. A fairly good agreement with the experimental data and other numerical results have been obtained. After the code validation, the strong side flow was applied to include the wake flow effects of the submarine or ocean tide.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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