• 제목/요약/키워드: MUSCL-TVD scheme

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FUNWAVE-TVD 수치모형을 이용한 수중천퇴를 통과하는 불규칙파의 수치모의에서 TVD 기법들에 의한 수치해 비교 (Comparison of Numerical Solutions by TVD Schemes in Simulations of Irregular Waves Propagating over a Submerged Shoal Using FUNWAVE-TVD Numerical Model)

  • 최영광;서승남
    • 한국해안·해양공학회논문집
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    • 제30권4호
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    • pp.143-152
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    • 2018
  • 최근 개발된 FUNWAVE-TVD 파랑모형을 이용하여 적용되어 온 TVD 기법들의 수렴도와 수치적인 안정성을 비교하였다. Yamamoto and Daiguji(1993)의 minmod limiter를 사용하는 4차 정확도의 MUSCL-TVD 기법과 Erduran et al.(2005)의 van-Leer limiter를 사용하는 4차 정확도의 MUSCL-TVD 기법, Zhou et al.(2001)의 van-Leer limiter를 사용하는 2차 정확도의 MUSCL-TVD 기법을 비교하였으며, 수리실험 관측치가 제시되어 있는 Vincent and Briggs(1989)의 불규칙 파랑실험에 적용하였다. 불규칙 파랑의 비쇄파 실험 결과에서 minmod limiter를 사용하는 4차 정확도의 기법은 van-Leer limiter를 사용하는 기법이 요구하는 격자의 크기만큼 세밀한 격자를 요구하지는 않지만, 더 낮은 CFL을 사용해야 안정적인 모의가 가능하였다. 반면에 van-Leer limiter를 사용하는 기법에서는 numerical dissipation을 줄이기 위하여 보다 세밀한 격자를 필요로 하지만 비교적 높은 CFL을 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 각 기법의 numerical dissipation의 영향을 최대한 줄이기 위하여 공간격자를 충분히 줄인 쇄파 모의 실험에서는 비쇄파 실험에 비하여 각 기법의 특성이 명확히 나타났다. Numerical dissipation이 상대적으로 작은 minmod limiter를 사용하는 기법으로 모의할 때는 격자를 충분히 줄이면 수치적인 불안정성이 나타나며 수치해가 발산하는 결과를 보였지만, van-Leer limiter를 사용하는 기법에서는 비교적 낮은 CFL을 사용하여 쇄파 모의가 완료되었으며, 관측치를 잘 재현하는 결과를 보였다.

수정 FUNWAVE-TVD 수치모형을 이용한 파랑변형 (Wave Transformation using Modified FUNWAVE-TVD Numerical Model)

  • 최영광;서승남
    • 한국해안·해양공학회논문집
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    • 제27권6호
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    • pp.406-418
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    • 2015
  • 기존 FUNWAVE-TVD 버전 2.1 모형을 수정한 본 모형의 검증을 위해 고립파 실험, Vincent and Briggs(1989)의 비쇄파 및 쇄파 실험, Luth et al. (1994)의 수리실험을 수행하였다. 쇄파 실험의 경우 기존 결과와 비교하기 위하여 eddy viscosity를 이용한 쇄파 방법도 포함하였다. Eddy viscosity 쇄파 방법을 이용하여 Vincent and Briggs(1989)의 쇄파 실험에 적용한 결과 수정된 모형에서는 수중천퇴 중심의 y축을 기준으로 파랑류(wave-induced current)의 대칭성이 유지되었으나 FUNWAVE-TVD 버전 2.1 모형에서는 대칭성이 유지되지 않았다. 또한 eddy viscosity 쇄파 방법을 이용한 경우가 천수방정식으로 전환하여 쇄파를 모의하는 방법보다 관측치에 더 가깝다. 그리고 FUNWAVE-TVD 버전 2.1 모형에 사용한 기법들과 비교하기 위하여 Erduran et al.(2005)이 제시한 4차 정확도의 MUSCL-TVD 기법과 minmod limiter를 이용한 3차 정확도의 기법을 적용하여 고립파의 전파 양상을 비교 검토하였다.

비정형격자의 적용을 위한 MUSCL 기법의 수정 (Modification of MUSCL Scheme for Application of Non-uniform Grid)

  • 김병현;한건연
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제43권1호
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    • pp.105-117
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    • 2010
  • 본 논문은 2차원 천수방정식을 해석하기 위해 새롭고 간단한 MUSCL 재구성법을 제안하였다. 수정 MUSCL 기법은 보존변수의 재구성을 위해 계산격자와 인접격자의 보존변수 차에 대해 각 경계면에 균일하게 분배하는 기존 방법 대신 면적가중비를 사용하였으며, 이 방법은 정형격자 뿐만 아니라 비정형 격자의 사용에도 보존변수의 물리적 재구성이 가능하다. 또한, 본 연구에서는 비구조적 격자의 적용이 가능한 차원비분리 기법을 적용하였으며, 수정 MUSCL 기법의 사용으로 발생할 수 있는 수치진동을 제어하기 위해 TVD 기법의 경사제한자를 사용하였다. 하상경사항의 정확하고 효율적인 수치 처리를 위해 수정 MUSCL 기법을 수면경사법과 연계하였다. 제안한 기법을 적용한 유한체적모형을 건물의 영향을 고려한 댐 붕괴 해석 및 Bellos의 댐 붕괴 실험에 적용하고, 적용결과를 실험실 자료 및 기존 연구자의 계산결과와 비교하여 개발모형을 검증하였다.

낮은 Mach수유동 해석을 위한 Preconditioning 가중계수의 의존성 (DEPENDENCE OF WEIGHTING PARAMETER IN PRECONDITIONING METHOD FOR SOLVING LOW MACH NUMBER FLOW)

  • 안영준;신병록
    • 한국전산유체공학회지
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    • 제15권2호
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    • pp.55-61
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    • 2010
  • A dependence of weighting parameter in preconditioning method for solving low Mach number flow with incompressible flow nature is investigated. The present preconditioning method employs a finite-difference method applied Roe‘s flux difference splitting approximation with the MUSCL-TVD scheme and 4th-order Runge-Kutta method in curvilinear coordinates. From the computational results of benchmark flows through a 2-D backward-facing step duct it is confirmed that there exists a suitable value of the weighting parameter for accurate and stable computation. A useful method to determine the weighting parameter is introduced. With this method, high accuracy and stable computational results were obtained for the flow with low Mach number in the range of Mach number less than 0.3.

압축성 기-액 이상매체중의 고속 유동현상 (HIGH-SPEED FLOW PHENOMENA IN COMPRESSIBLE GAS-LIQUID TWO-PHASE MEDIA)

  • 신병록
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산유체공학회 2007년도 추계 학술대회논문집
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    • pp.249-257
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    • 2007
  • A high resolution numerical method aimed at solving gas-liquid two-phase 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 and some data related to computational efficiency are made. Comparisons of predicted results and exact solutions are provided and discussed.

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캐비테이션 유동해석을 위한 기-액 2상 국소균질 모델 (GAS-LIQUID TWO-PHASE HOMOGENEOUS MODEL FOR CAVITATING FLOW)

  • 신병록
    • 한국전산유체공학회지
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    • 제12권2호
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    • pp.53-62
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    • 2007
  • 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.

TVD기법을 이용한 가스 분무 공정의 유동장 해석 (Numerical analysis of a flow field in gas atomization process using a TVD scheme)

  • 심은보
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산유체공학회 1996년도 춘계 학술대회논문집
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    • pp.131-136
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    • 1996
  • The numerical method for the flow field of a gas atomization process is presented. For the analysis of the compressible supersonic jet flow of a gas. an axisymmetric Navier-Stokes equations are solved using a LU-factored upwind method. The MUSCL type TVD scheme is used for the discretization of inviscid flux, whereas Steger-Warming splitting and LU factorization is applied to the implicit operator. For the validation of the present method, we computed the flow field around the simple gas atomizer proposed by Issac. The numerical results has shown excellent agreement with the experimental data.

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EFFICIENT NUMERICAL METHODS FOR THE KDV EQUATION

  • Kim, Mi-Young;Choi, Young-Kwang
    • Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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    • 제15권4호
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    • pp.291-306
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    • 2011
  • We consider the second order Strang splitting method to approximate the solution to the KdV equation. The model equation is split into three sets of initial value problems containing convection and dispersal terms separately. TVD MUSCL or MUSCL scheme is applied to approximate the convection term and the second order centered difference method to approximate the dispersal term. In time stepping, explicit third order Runge-Kutta method is used to the equation containing convection term and implicit Crank-Nicolson method to the equation containing dispersal term to reduce the CFL restriction. Several numerical examples of weakly and strongly dispersive problems, which produce solitons or dispersive shock waves, or may show instabilities of the solution, are presented.

Supersonic Base Flow by Using High Order Schemes

  • Shin, Edward Jae-Ryul;Won, Su-Hee;Cho, Doek-Rae;Choi, Jeong-Yeol
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2008년 영문 학술대회
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    • pp.723-728
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    • 2008
  • We performed numerical analysis of base drag phenomenon, when a projectile with backward step flies into atmosphere at supersonic speed. We compared with other researchers. From our previous studies that were 2-dimensional simulation, we found out from sophisticated simulations that need dense mesh points to compare base pressure and velocity profile after from base with experimental data. Therefore, we focus on high order spatial disceretization over 3rd order with TVD such as MUSCL TVD 3rd, 5th, and WENO 5th order, and Limiters such as minmod, Triad. Moreover, we enforce to flux averaging schemes such as Roe, RoeM, HLLE, AUSMDV. In present, one dimensional result of Euler tests, there are Sod, Lax, Shu-Osher and interacting blast wave problems. AUSMDV as a flux averaging scheme with MUSCL TVD 5th order as spatial resolution is good agreement with exact solutions than other combinations. We are carrying out the same approaches into 3-dimensional base flow only candidate flux schemes that are Roe, AUSMDV. Additionally, turbulence models are used in 3-dimensional flow, one is Menter s SST DES model and another is Sparlat-Allmaras DES/DDES model in Navier-Stokes equations.

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캐비테이션 유동해석을 위한 기- 2상 국소균질 모델 -제2보: 기-액 2상 매체중의 고속유동현상 (GAS-LIQUID TWO-PHASE HOMOGENEOUS MODEL FOR CAVITATING FLOW -Part II. HIGH SPEED FLOW PHENOMENA IN GAS-LIQUID TWO-PHASE MEDIA)

  • 신병록;박선호;이신형
    • 한국전산유체공학회지
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    • 제19권3호
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    • pp.91-97
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    • 2014
  • A high resolution numerical method aimed at solving cavitating flow was proposed and applied to gas-liquid two-phase shock tube problem with arbitrary void fraction. The present method with compressibility effects employs a finite-difference 4th-order Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL TVD scheme. The Jacobian matrix from the inviscid flux of constitute equation is diagonalized analytically and the speed of sound for the two-phase media is derived by eigenvalues. So that the present method is appropriate for the extension of high order upwind schemes based on the characteristic theory. By this method, a Riemann problem for Euler equations of one dimensional shock tube was computed. Numerical results of high speed flow phenomena such as detailed observations of shock and expansion wave propagations through the gas-liquid two-phase media and some data related to computational efficiency are made. Comparisons of predicted results and solutions at isothermal condition are provided and discussed.