A CFD analysis method is developed and applied for investigating the gas flow and the byproduct particle trajectory in Roots type vacuum pump. The internal fluid flow and thermal fields between the rotors and the housing of vacuum pump are analyzed by using the dynamic mesh, the numerical methods for unsteady 2-D Navier-Stokes equation and the standard k-$\varepsilon$ turbulence model of the Fluent code. Coupled with the flow simulation results, the particle trajectory of the byproduct flowing into the pump with gas stream is analyzed by using discrete phase modeling technique. The CFD analysis results show the pressure, the velocity and the temperature distributions in pump change abruptly due to the rotation of rotors, and back flows are produced due to the strong reverse pressure gradients at rotor/rotor and rotor/housing clearances. The predicted byproduct particle trajectory results also show the particles impinge on the clearance surfaces between the housing and the rotor of pump and then may form the deposit layer causing the failure of pump.
Jang D.S.;Song W.Y.;Na H.R.;Park B.S.;Lee E.J.;Kim B.S.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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1995.10a
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pp.160-168
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1995
This paper describes computational efforts on the various energy and environmental problems using Patankar's SIMPLE method. The specific problems included in this study are : pollutant and flammable material dispersions in open and confined areas, aerator-induced flow in a lake for DO(dissolved oxygen) concentration, primary clarifier for water and waste water treatment, hood ventilation in workplace, cyclone and LNG combustors and Dow chlorination reactor. A control-volume based finite-difference method is employed together with the power-law scheme. The pressure-velocity coupling is resolved by the use of the revised version of SIMPLE, says SIMPLER and SIMPLEC. The Reynolds stresses are closed using the standard or the RNG $k-{\varepsilon}$ models. Turbulent reaction is modeled using two fast chemistry methods such as eddy breakup and conserved scalar models. Further, a nonequilibrium model is developed for the application of the chlorination process in the Dow reactor. Other important empirical models and physical insights appeared in this study are presented and discussed in a brief note. The computational method developed in this study is considered, in general, as a viable tool for the design and determination of the optimal condition of various engineering system of interest.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.7
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pp.1851-1865
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1994
The objective of the present study is to predict the film cooling effectiveness by a row of holes at various injection ratios and injection angles. Numerical calculations have been performed to investigate the characteristics of flow and temperature distributions in a region near the down-stream of injection hole including the region of adverse pressure gradient. The elliptic turbulent 3-dimensional governing equations with variable thermal properties using the low-Reynolds number k-$\bar{varepsilon}$ model was solved by SIMPLE algorithm. The results showed that the presence of adverse pressure gradient and secondary vortex in the region near the downstream of injection hole induces large temperature gradent. The $45^{\circ}$ injection has higher averaged film cooling effectiveness than $60^{\circ}$ injection. But neverthless the $90^{\circ}$ injection has greater deviation from a flat plate than $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$ injection, the $90^{\circ}$ injection has higher averaged film cooling effectiveness than $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$ injection in the region near the downstream of injection hole.
A numerical investigation was performed to determine the effect of airfoil thickness on the optimum Gurney flap height using NACA 00XX series airfoils. Seven airfoils which have 3% chord thickness difference were used. These were NACA 0006, 0009, 0012, 0015, 0018, 0021, and 0024. A Navier-Stokes code, FLUENT, was used to calculate the flow field about airfoil. The fully turbulent results were obtained using the standard $k-{\varepsilon}$ two-equation turbulence model. To provide a check case fur our computational method, numerical studies for NACA 4412 airfoil were made and compared with already existing experimental data for this airfoil by Wadcock. For every NACA 00XX airfoil, Gurney flap heights ranging from 0.5% to 2.0% chord were changed by 0.5% chord interval and their effects were studied. With the numerical solutions, the relationship between $(L/D)_{max}$ and airfoil thickness as a function of flap height and the relationship between $(L/D)_{max}$ and flap height as a function of airfoil thickness were investigated. The same relationship for $(C_l)_{max}$ also were shown. From these results, the optimum flap size for each airfoil thickness can be determined and vice versa.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.10
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pp.1254-1264
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1999
A three-dimensional coupled turbulent fluid flow and solidification process were analyzed in a continuous casting process of a steel slab with Electromagnetic Brake(EMBR). A revised low-Reynolds number $k-{\varepsilon}$ turbulence model was used to consider the turbulent effects. The enthalpy-porosity relation was employed to suppress the velocity within a mushy region. The electromagnetic field was described by Maxwell equations. Tile application of EMBR to the mold region results in the decrease of the transfer of superheat to the narrow face, the increase of temperature in free surface region and most liquid of submold region, and the higher temperature gradient near the solidifying shell. The increasing magnetic flux density effects mainly to the surface temperature of the solidifying shell of narrow face, hardly to the one of wide face. It is seen that in the presence of EMBR a thicker solidifying shell is obtained at the narrow face of the slab.
A general purpose program NUFLEX for the analysis 3-D thermo/fluid flow and pre/post processor in complex geometry has been developed, which consists of a flow solver based on FVM and GUI based pre/post processor. The solver employs a general non-orthogonal grid system with structured grid and solves laminar and turbulent flows with standard/RNG $k-{\varepsilon}$ turbulence model. In addition, NUFLEX is incorporated with various physical models, such as interfacial tracking, cavitation, MHD, melting/solidification and spray models. For the purpose of evaluation of the program and testing the applicability, many actual problems are solved and compared with the available data. Comparison of the results with that by STAR-CD or FLUENT program has been also made for the same flow configuration and grid structure to test the validity of NUFLEX.
Kim Hyun-Sub;Kweon Yong-Hun;Kim Heuy-Dong;Shon Myong-Hwan
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.795-798
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2002
This paper dispicts the vortical flow characteristics over a delta wing using a computational analysis for the purpose of investigating and visualizing the effect of the angle of attack and fee stream velocity on the low-speed delta wing aerodynamics. Computations are applied to the full, 3-dimensional, compressible, Navier-Stokes Equations. In computations, the free stream velocity is changed between 20m/s and 60m/s and the angle of attack of the delta wing is changed between $16^{\circ}\;and\;28^{\circ}$. For the correct prediction of the major features associated with the delta wing vortex flows, various turbulence models are tested. The standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model predict well the vertical flows over the delta wing. Computational results are compared with the previous experimental ones. It is found that the present CFD results predict the vortical flow characteristics over the delta wing, and with an increase in the free steam velocity, the leading edge vortex moves outboard and its streangth is increased.
Using a mathematical theory, we show that the optimality condition of a turbulent diffuser with maximum pressure recovery at the exit is zero shear stress along the wall. The optimal diffuser shape is designed through iterative procedures by using the $k-{\varepsilon}-{\nu}^{2}-f$ turbulence model for flow simulation. The Reynolds number based on the bulk mean velocity and the channel height at the diffuser entrance is 18,000. We also perform large eddy simulation to validate the shape design results and investigate the flow characteristics near the zero-skin friction wall. Results from large eddy simulation show that the skin friction is slightly higher than zero but is still very small as compared to that of the flat plate boundary layer flow Although the time-averaged wall shear stress is slightly above zero along the diffuser wall, instantaneous flow reversals occur intermittently. The streamwise mein velocity shows an asymptotic behavior of the half-power-law near the wall where the skin friction is close to zero.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.4
s.247
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pp.364-372
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2006
The objective of this study is to evaluate the efficiency and the prediction accuracy of developed large eddy simulation (LES) program for complex turbulent flows, such as recirculating and swirling flows. To save the computational cost, a Beowulf cluster system consisting 16 processors was constructed. The flows in backward-facing step and dump combustor were examined as representative recirculating and swirling flows. Firstly, a direct numerical simulation (DNS) for laminar backward-facing step flows was previously conducted to validate the overall performance of program. Then LES was carried out for turbulent backward-facing step flows. The results of laminar flow showed a qualitative and quantitative agreement between simulations and experiments. The simulations of the turbulent flow also showed reasonable results. Secondly, LES results for non-swirling and swirling flows in a dump combustor were compared with the results of Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) using standard $k-{\varepsilon}$ model. The results show that LES has a better performance in predicting the mean axial and azimuthal velocities, comer recirculation zone (CRZ) and center toroidal recirculation zone (CTRZ) than those of RANS. Finally, it was examined the capability of LES for the description of unsteady phenomena.
In computational study of the flow in piston engines and the flow through moving valves, the use of moving vertices is essential for modelling flows with moving boundaries. The positions of cell vertices in such cases must be allowed to vary with time. To simulate 3-dimensional port-valve and piston-cylinder of HIMSEN 6H21/32 engine, a commercially available code, STAR-CD, was used. Changes in mesh geometry was specified by PROSTAR commands.(i.e. the Change Grid operation in the EVENTS command module.) Control of the intake flow is expected to play an important role as designers seek to obtain better fuel spray characteristics, fuel mixing and mixture preparation, combustion performance, and emissions reductions to meet national standards. As a result of analysis, velocity fields indicate the presence of a structured flow comprised of one pair of counter-rotating vortices under the intake valve during the early induction process. These flow structures remain visible for most of the intake process. As the piston moves towards BDC, these vortices develops into a larger tumbling motion that dominates the flow structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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