Jung, Jae Hwan;Kim, Mi Jeong;Yoon, Hyun Sik;Hung, Pham Anh;Chun, Ho Hwan;Park, Dong Woo
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제4권4호
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pp.477-487
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2012
We investigated the aerodynamic characteristics of a three-dimensional (3D) wing with an endplate in the vicinity of the free surface by solving incompressible Navier-Stokes equations with the turbulence closure model. The endplate causes a blockage effect on the flow, and an additional viscous effect especially near the endplate. These combined effects of the endplate significantly reduce the magnitudes of the velocities under the lower surface of the wing, thereby enhancing aerodynamic performance in terms of the force coefficients. The maximum lift-to-drag ratio of a wing with an endplate is increased 46% compared to that of wing without an endplate at the lowest clearance. The tip vortex of a wing-with-endplate (WWE) moved laterally to a greater extent than that of a wing-without-endplate (WOE). This causes a decrease in the induced drag, resulting in a reduction in the total drag.
The motion of a projectile initiated by the release of highly pressurized air is simulated presuming the flow field as a two dimensional one. The effects of water compressibility on projectile movements are investigated, comparing results based on the Fluent VOF model where water is treated as an incompressible medium with those from the presently developed VOF scheme. The present model considers compressibility of both air and water. The Fluent results show that the body moves farther and at higher speeds than the present ones. As time proceeds, the relative difference of speed and displacement between the two results drops substantially, after acoustic waves in water traverse and return the full length of the tube several times. To estimate instantaneous accelerations, however, requires implementation of the water compressibility effect as discrepancies between them do not decrease even after several pressure wave cycles.
This study numerically carried out the propeller open water test(POW) by solving Navier-Stokes equations governing the three-dimensional unsteady incompressible viscous flow with the turbulence closure model of the ${\kappa}-{\omega}$ SST model. Numerical simulations are performed at various range of advance ratios. Corresponding to Reynolds numbers of $5.89{\times}105{\sim}6.47{\times}105$ based on free stream velocity and the chord length at 0.7 propeller radius. The present results give a good agreement with those of the experiment. The propeller induced vortical structures have been analyzed by visualizing the resultant vorticity. As the advance ratio increases, the magnitude and length of the resultant vorticity decrease significantly. As the main focus of present study, the numerical model to present the ($r-{\theta}$) plane-averaged resultant vorticity along the streamwise direction for various advance ratios has been suggested.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제17권2호
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pp.52-60
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2009
The purpose of this research is to develop high efficiency plastic plate heat exchangers which can be substituted for conventional aluminum plate heat exchangers. Four simulation models of plastic plate heat exchangers are designed and simulated: that is, flat plate type, turbulent promoter type, corrugate type and dimple type heat exchanger. The flat plate type is designed as the reference model in order to evaluate how much thermal performance increases. The turbulent promoter type is fabricated with cylindrical-type vortex generators and rib-type turbulent promoters. The corrugate type is obtained from the conventional stainless steel compact heat exchangers, which are called the herringbone-type compact heat exchangers. The dimple type has a number of dimples on its surface. In this study, the flow and heat transfer characteristics of the plastic plate heat exchanger are investigated using numerical simulation and compared with experimental results. Numerical simulation is carried out using the FLUENT code. The flows are assumed as a three-dimensional, incompressible and turbulent model. The computational analysis and experimental results both show that the friction coefficient and Nu number is highest in the corrugate type. The tendency of numerical simulation results is in good agreement with that of the experimental results.
In this study, a 3D numerical model was used to predict nonlinear wave forces on a cylindrical pile installed in a shallow water region. The model was based on solving the viscous and incompressible Navier-Stokes equations for a two-phase flow (water and air) model and the volume of fluid method for treating the free surface of water. A new application was developed based on the cut-cell method to allow easy installation of complicated obstacles (e.g., bottom geometry and cylindrical pile) in a computational domain. Free-surface elevation, water particle velocities, and inline wave forces were calculated, and the results show good agreement with experimental data obtained by the Danish Hydraulic Institute. The simulation results revealed that the proposed model can, without the use of empirical formulas (i.e., Morison equation) and additional wave analysis models, reliably predict non-linear wave forces on an offshore wind turbine foundation installed in a shallow water region.
LH has installed sashes to the balcony to save energy and increase residential space. Then, it is very difficult to protect a condensation of vapor on the walls in the winter time, because the space is closed and the wall surface temperature becomes very low in a balcony. We have tried to get the optimal thermal design methods to reduce the condensation on the walls. The one of the chosen method is to make holes on the walls, and then the condensation shall be reduce because the dew point temperature will be lower due to the effect of dehumidify. In this case, it is just necessary to find as like that how many holes should be perforated through the wall, what's their size, and where is their positions. In this study, a computational fluid dynamics was applied to analyze the temperature, the pressure and the velocity distribution for an incompressible flow in the balcony spaces. And field tests were also carried out to get the data to compare to the simulation results. Finally the design criteria of the ventilation holes in the balconies was suggested by analysis of the computer simulation models.
The aim of this paper is to numerically explore the feasibility of designing a Mini-Hydro turbine. The interest for this kind of horizontal axis turbine relies on its versatility. For instance, in the field of renewable energy, this kind of turbine may be considered for different applications, such as: tidal power, run-of-the-river hydroelectricity, wave energy conversion. It is fundamental to improve the turbine performance and to decrease the equipment costs for achievement of "environmental friendly" solutions and maximization of the "cost-advantage". In the present work, the commercial CFD code ANSYS is used to perform 3D simulations, solving the incompressible Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (U-RANS) equations discretized by means of a finite volume approach. The implicit segregated version of the solver is employed. The pressure-velocity coupling is achieved by means of the SIMPLE algorithm. The convective terms are discretized using a second order accurate upwind scheme, and pressure and viscous terms are discretized by a second-order-accurate centered scheme. A second order implicit time formulation is also used. Turbulence closure is provided by the realizable k - turbulence model. In this study, a mini hydro turbine (3kW) has been considered for utilization of horizontal axis impeller. The turbine performance and flow behavior have been evaluated by means of numerical simulations. Moreover, the performance of the impeller varied in the pressure distribution, torque, rotational speed and power generated by the different number of blades and angles. The model has been validated, comparing numerical results with available experimental data.
Iban, A.L.;Brownjohn, J.M.W.;Belver, A.V.;Lopez-Reyes, P.M.;Koo, K.
Wind and Structures
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제17권3호
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pp.263-274
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2013
A numerical technique for fluid-structure interaction, which is based on the finite element method (FEM) and computational fluid dynamics (CFD), was developed for application to an industrial chimney equipped with a pendulum tuned mass damper (TMD). In order to solve the structural problem, a one-dimensional beam model (Navier-Bernoulli) was considered and, for the dynamical problem, the standard second-order Newmark method was used. Navier-Stokes equations for incompressible flow are solved in several horizontal planes to determine the pressure in the boundary of the corresponding cross-section of the chimney. Forces per unit length were obtained by integrating the pressure and are introduced in the structure using standard FEM interpolation techniques. For the fluid problem, a fractional step scheme based on a second order pressure splitting has been used. In each fluid plane, the displacements have been taken into account considering an Arbitrary Lagrangian Eulerian approach. The stabilization of convection and diffusion terms is achieved by means of quasi-static orthogonal subscales. For each period of time, the fluid problem was solved and the geometry of the mesh of each fluid plane is updated according to the structure displacements. Using this technique, along-wind and across-wind effects have been properly explained. The method was applied to an industrial chimney in three scenarios (with or without TMD and for different damping values) and for two wind speeds, showing different responses.
항공유체의 계산에 주로 사용되는 음해법의 하나인 IAF(Implicit Approximate Factorization)법을 이용해 3차원 Wigley 선형 주위의 자유표면파 및 점성유동장을 해석하였다. IAF 법을 사용함으로서 기존 Euler 양해법의 계산 시간을 50% 이상 감소시키는데 성공하였다. 수치기법으로 국부선형화와 Euler 음해법을 사용하였으며 artificial viscosity의 생성을 위한 압력 구배항은 사용하지 않았다. 수치 계산은 Reynolds 수 $10^6$. Froude 수 0.25, 0.289 및 0.316에 대하여 수행하였고 난류 모형으로는 Baldwin-Lomax 모형을 사용하였으며 주요 계산 결과로는 자유표면화 형상 및 속도분포 등이었다. 본 연구에서는 그 중에서 자유표면파 형상에 대한 계산 결과를 실험값 및 Euler 양해법을 사용한 결과와 각각 비교 검토하였다.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.11-19
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2020
In recent years, oil prices have continued to be low owing to the development of unconventional resources such as shale gas, coalbed methane gas, and tight gas. However, shipping companies are still experiencing difficulties because of recession in the shipping market. Hence, they devote considerable effort toward reducing operating costs. One of the important parameters for reducing operating costs is the frictional resistance of vessels. Generally, a vessel is covered with paint for smoothing its surface. However, frictional resistance increases with time owing to surface roughness, such as that caused by fouling. To prevent this, shipping companies periodically clean or repaint the surfaces of vessels using analyzed operating data. In addition, studies using various methods have been continuously carried out to identify this phenomenon such as fouling for managing ships more efficiently. In this study, numerical simulation was used to analyze the change in the resistance performance of a ship owing to an increase in surface roughness using commercial software, i.e., Star-CCM+, which solves the continuity and Navier eStokes equations for incompressible and viscous flow. The conditions for numerical simulation were verified through comparison with experiments, and these conditions were applied to three ships to evaluate resistance performance according to surface roughness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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