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 is concerned with the penalized stationary incompressible Navier-Stokes system with the inhomogeneous Dirichlet boundary condition on the part of the boundary. By taking a generalized velocity space on which the homogeneous essential boundary condition is imposed and corresponding trace space on the boundary, we pose the system to the weak form which the stress force is involved. We show the existence and convergence of the penalized system in the regular branch by extending the div-stability condition.
General classes of boundary-pressure-driven flows of incompressible Newtonian fluids in threedimensional (3D) channels and in 3D pipes with known steady laminar realizations are investigated respectively. The characteristic physical and geometrical quantities of the flows are subsumed in the kinetic Reynolds number Re and a parameter $\psi$, which involves the energetic ratio and the directions of the boundary-driven part and the pressure-driven part of the laminar flow. The solution of non-stationary dimension-free Navier-Stokes equations is sought in the form $\underline{u}=u_{L}+U,\;where\;u_{L}$ is the scaled laminar velocity and periodical conditions are prescribed for U in the unbounded directions. The objects of our numerical investigations are autonomous systems (S) of ordinary differential equations for the time-dependent coefficients of the spatial Stokes eigenfunction, where these systems (S) were received by application of the Galerkin-method to the dimension-free Navier-Stokes equations for u.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.6
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pp.581-591
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2011
This paper describes the air compressibility effect in the CFD simulation of water impact load prediction. In order to consider the air compressibility effect, two sets of governing equations are employed, namely the incompressible Navier-stokes equations and compressible Navier-Stokes equations that describe general compressible gas flow. In order to describe violent motion of free surface, volume-of-fluid method is utilized. The role of air compressibility is presented by the comparative study of water impact load obtained from two different air models, i.e. the compressible and incompressible air. For both cases, water is considered as incompressible media. Compressible air model shows oscillatory behavior of pressure on the solid surface that may attribute to the air-cushion effect. Incompressible air model showed no such oscillatory behavior in the pressure history. This study also showed that the CFD simulation can capture the formation of air pockets enclosed by water and solid surface, which may be the location where the air compressibility effect is dominant.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.4
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pp.458-465
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2003
The main objective of the research is to develop a research code solving transient incompressible Navier-Stokes equation. In this research code, Adams-Bashforth method was applied to the convective terms of the navier stokes equation and the splitted equations were discretized spatially by finite element methods to solve the complex geometry problems easily. To reduce the divergence on the boundaries of pressure poisson equation due to the unsuitable pressure boundary conditions, multi step approximation pressure boundary conditions derived from the boundary linear momentum equations were used. Simulations of Lid Driven Flow and Flow over Cylinder were conducted to prove the accuracy by means of the comparison with results of the previous workers.
In this paper, we consider the global existence of strong solutions to the incompressible Navier-Stokes equations on the cubic domain in $R^3$. While the global existence for arbitrary data remains as an important open problem, we here provide with some new observations on this matter. We in particular prove the global existence result when ${\Omega}$ is a cubic domain and initial and forcing functions are some linear combination of functions of at most two variables and the like by decomposing the spectral basis differently.
This paper describes a numerical solution of Navier-Stokes equations. It includes algorithms for discretization by finite element methods and a posteriori error estimation of the computed solutions. In order to evaluate the performance of the method, the numerical results are compared with some previously published works or with others coming from commercial code like ADINA system.
In this paper, we construct a fully discrete solution of the incompressible Navier Stokes equations using implicit Runge kutta method. We prove the existence of the fully discrete solution.
This research is based on the iterative space-marching method for incompressible and compressible Navier-Stokes equations[1-4]. A principle of parallel computational schemes construction for steady and unsteady problems is suggested. It is analytically proven that convergence of these schemes is unconditional for incompressible case. When the parallel scheme is used the total volume of computations is the sum of a large number of independent and equal parts. Estimation of the speed-up K shows that K > 1000 in ideal case. First results of using the parallel schemes are presented.
An implicit pressure correction method on unstructured Cartesian grid is developed for the incompressible Navier-Stokes equations. An immersed boundary method is also incorporated to treat the body geometry. Tests show that with an appropriate amount of dissipation, the method is second order accurate both in time and space. The driven cavity flows with and without immersed bodies are computed to demonstrate the capability of the present scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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