A numerical method for gas-liquid two-phase flow is applied to solve shock-bubble interaction problems. The present method employs a finite-difference Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL-TVD scheme. A homogeneous equilibrium cavitation model is used. By this method, a Riemann problem for shock tube was computed for validation. Then, shock-bubble interaction problems between cylindrical bubbles located in the liquid and incident liquid shock wave are computed.
The high-order numerical method based on the adaptive mesh refinement(AMR) on the quadrilateral unstructured grids has been developed in this paper. This adaptive-grid method, originally developed with MUSCL-TVD scheme, is now extended to the WENO (weighted essentially no-oscillatory) scheme with the Runge-Kutta time integration of fifth order in spatial and temporal accuracy. The multidimensional interpolation was studied in the preliminary research, which allows us to maintain the same order of accuracy for the computation of numerical flux between two adjacent cells of different levels. Some standard benchmark tests are done to validate this method for checking the overall capacity and efficiency of the present adaptive-grid technique.
본 논문에서는 초음속 공동유동에서 발생하는 압력진동에 미치는 수직 다공벽의 영향을 조사하기 위하여 수치해석적 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 2차원 사각공동내부에 수직다공벽을 설치하여, 기류 마하수를 1.50, 1.83, 2.50로 변화시켰으며, 다공벽의 기공율을 변화시켰다. 수치계산에서는 2차원 비정상 압축성 Navier-Stokes 방정식을 수치적으로 풀기 위하여, TVD 유한 차분 MUSCL법을 사용하였다. 본 수치계산 결과에 의하면, 본 연구에서 적용된 수직 다공벽은 공동 상류단에 발생하는 비정상 전단층의 특성을 상당히 변화시켰으며, 공동내부에서 발생하는 압력진동을 크게 줄이는 것으로 알려졌다. 이와 같은 수직다공벽을 이용한 피동제어 효과는 기류마하수 그리고 다공벽의 기공율에 의존하는 것으로 나타났다.
충격파관 유동의 측정결과는 격막의 유한 파막 시간에 의하여 영향을 받게 된다. 그러나 지금까지 이에 관한 구체적인 연구사례는 많지 않다. 본 연구에서는 저압력비에서 작동하는 충격파관의 유동을 조사하기 위하여, 실험 및 수치해석을 수행하였다. 수치해석에서는 2차원 비정상 압축성 Navier-Stokes 방정식에 TVD MUSCL 유한차분법을 적용하였다. 본 수치해석 결과는 충격파관의 실험결과를 잘 예측하였으며, 충격파관의 파막 과정을 시간의 함수로 적절히 모사할 수 있었다. 본 연구에서는 유한의 파막 시간으로 인하여 발생하는 Non-centered 팽창파의 특성을 정량화하기 위하여 가상중심의 개념을 적용하였다. 본 연구로부터 충격파관의 압력비가 증가할수록 파막 시간은 감소하였으며, 충격파관 유동에 미치는 파막 시간의 영향은 저압력비에서 현저하게 나타나게 됨을 알았다.
본 연구는 다공벽과 공동을 사용한 피동제어법을 천음속 습공기 유동에서 발생하는 충격파와 경계층 간섭에 적응하였다. 지배방정식은 액적성장 방정식과 완전히 결합된 2차원, 비정상, 압축성 Navier-Stokes 방정식이며, 3차 오더 MUSCL 타입의 TVD 기법을 사용하였다. 또 난류모델로는 Baldwin-Lomax 모델을 적용하였다. 본 연구에서 적용한 제어법의 유용성을 조사하기 위해 유동의 전압손실과 충격파 변위의 시간의존성 거동을 해석하였다. 수치계산 결과로부터 본 연구의 피동제어기법을 통해 천음속 습공기 유동에서 발생하는 충격파/경계층 간섭으로 인한 전압손실이 상당히 감소하였고, 익에서 충격파 운동을 억제하는 것으로 나타났다. 또 다공영역의 위치가 본 연구의 제어법의 효과에 상당한 영향을 준다는 것이 발견하였다.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제2권3호
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pp.248-253
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2009
This paper presents a numerical study for unsteady flows in a high-pressure steam turbine with a partial admission stage. Compressible Navier-Stokes equations are solved by the high-order high-resolution finite-difference method based on the fourth-order compact MUSCL TVD scheme, Roe's approximate Riemann solver, and the LU-SGS scheme. The SST-model is also solved for evaluating the eddy-viscosity. The unsteady two-dimensional flows through whole nozzle-rotor cascade channels considering a partial admission are numerically investigated. 108 nozzle passages with two blockages and 60 rotor passages are simultaneously calculated. The influence of the flange in the nozzle box to the lift of rotors is predicted. Also the efficiency of the partial admission stage changing the number of blockages and the number of nozzles is parametrically predicted.
In the CFD area, the numerical analysis of high Mach number flow over a blunt-body poses many issues. Various numerical schemes have been developed to cover the issues, but the traditional schemes are still used widely due to the complexities of new schemes and intricacy of modifying the established codes. In the present study, the well-known Roe's FDS based on TVD-MUSCL scheme is used for the solution of very high Mach number three-dimensional flows posing carbuncle and non-physical phenomena in numerical analysis. A parametric study was carried out to account for the effects of the entropy fixing, grid configurations and initial condition. The carbuncle phenomena could be easily overcome by the entropy fixing, and the non-physical solution could be eliminated by the use of the modified initial condition regardless of entropy fixing and grid configurations.
Present study examines the numerical issues of cell structure simulation for various regimes of detonation phenomena ranging from weakly unstable to highly unstable detonations. Inviscid fluid dynamics equations with $variable-{\gamma}$ formulation and one-step Arrhenius reaction model are solved by a MUSCL-type TVD scheme and 4th order accurate Runge-Kutta time integration scheme. A series of numerical studies are carried out for the different regimes of the detonation phenomena to investigate the computational requirements for the simulation of the detonation wave cell structure by varying the reaction constants and grid resolutions. The computational results are investigated by comparing the solution of steady ZND structure to draw out the minimum grid resolutions and the size of the computational domain for the capturing cell structures of the different regimes of the detonation phenomena.
Three-dimensional structures of unsteady detonation wave propagating through a square-shaped tube is studied using computational method and parallel processing. Inviscid fluid dynamics equations coupled with variable-${\gamma}$ formulation and simplified one-step Arrhenius chemical reaction model were analysed by a MUSCL-type TVD scheme and four stage Runge-Kutta time integration. Results in three dimension show the two unsteady detonation wave propagating mode, the Rectangular and diagonal mode of detonation wave instabilities. Two different modes of instability showed the same cell length but different cell width and the geometric similarities in smoked-foil record.
The effects of nonequilibrium condensation on the shock boundary layer interaction over a transonic bump model were investigated experimentally and numerically. An experiment was conducted using a supersonic indraft wind tunnel. A droplet growth equation was incorporated into two-dimensional Navier-Stokes equation systems. Computations were carried out using a third-order MUSCL type TVD finite-difference scheme with a second-order fractional time step. Computation compared with the experimental results. Nonequilibirum condensation suppressed the boundary layer separation and the pressure fluctuations due to the shock boundary layer interaction. Especially the nonequilbrium condensation was helpful to suppress the high frequency components of the pressure fluctuations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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