An Euler/Navier Stokes solver has been developed for the analysis of steady and unsteady flows. The $q-{\omega}$ turbulent model has been incorporated into the solver in strongly coupled manner for stability and robustness. A new Chimera hole cutting algorithm, Cut-paste algorithm, has been devised for automatic Chimera hole cutting. Number of viscous/inviscid numerical computations demonstrate the accuracy and the versatility of the solver.
The Immersed boundary method(IBM) is one of CFD techniques which can simulate flow field around complex objectives using simple Cartesian grid system. In the previous studies the IBM has mostly been implemented to fractional step method based Navier-Stokes solvers. In these cases, pressure buildup near IB was found to occur when linear interpolation and stadard mass conservation is used and the interpolation scheme became complicated when higher order of interpolation is adopted. In this study, we implement the IBM to an incompressible Navier-Stokes solver which uses SIMPLE algorithm. Bi-linear and quadratic interpolation equations were formulated by using only geometric information of boundary to reconstruct velocities near IB. Flow around 2D circular cylinder at Re=40 and 100 was solved by using these formulations. It was found that the pressure buildup was not observed even when the bi-linear interpolation was adopted. The use of quadratic interpolation made the predicted aerodynamic forces in good agreement with those of previous studies.
In the present study, a flow solver using a kinetic BGK scheme was developed for the compressible Navier-Stokes equation. The kinetic BGK scheme was used to simulate flow field from the continuum up to the transitional regime, because the kinetic BGK scheme can take into account the statistical properties of the gas particles in a non-equilibrium state. Various numerical simulations were conducted by the present flow solver. The laminar flow around flat plate and the hypersonic flow around hollow cylinder of flare shape in the continuum regime were numerically simulated. The numerical results showed that the flow solver using the kinetic BGK scheme can obtain accurate and robust numerical solutions. Also, the present flow solver was applied to the hypersonic flow problems around circular cylinder in the transitional regime and the results were validated against available numerical results of other researchers. It was found that the kinetic BGK scheme can similarly predict a tendency of the flow variables in the transitional regime.
Immersed boundary method(IBM) is a numerical scheme proposed to simulate flow field around complex objectives using simple Cartesian grid system. In the previous studies, the IBM has mostly been implemented to fractional step method based Navier-Stokes solvers. In this study, we implement the IBM to an incompressible Navier-Stokes solver which uses SIMPLE algorithm. The weight coefficients of the bi-linear and quadratic interpolation equations were formulated by using only geometric information of boundary to reconstruct velocities near IB. Flow around 2D circular cylinder at Re=40 and 100 was solved by using these formulations. It was found that the pressure buildup was not observed even when the bi-linear interpolation was adopted. The use of quadratic interpolation made the predicted aerodynamic forces in good agreement with those of previous studies. For an analysis of moving boundary, we smulated an oscillating circular cylinder with Re=100 and KC(Keulegan-Carpenter) number of 5. The predicted flow fields were compared with experimental data and they also showed good agreements.
The cavitating flow simulation is of practical importance for many engineering systems, such as pump, turbine, nozzle, Infector, etc. In the present work, a solver for two-phase flows has been developed and applied to simulate the cavitating flows past hydrofoils. The governing equation is the two-phase Navier-Stokes equation, comprised of the continuity equation of liquid and vapor phase. The momentum and energy equation is in the mixture phase. The solver employs an implicit, dual time, preconditioned algorithm using finite difference scheme in curvilinear coordinates. An experimental data and other numerical data were compared with the present results to validate the present solver. It is concluded that the present numerical code has successfully accounted for two-phase Navier-Stokes model of cavitation flow.
Circular-to-rectangular transition ducts are used as exhaust components of high performance fighter aircraft with vectored thrust nozzles. Three-dimensional incompressible Navier-Stokes solver is used to analyze the transition duct. Cross sections of transition duct are defined by superelliptic equation. The grid system is generated by Non-Uniform Rational B-Spline, after generating surface grid by blending the cross sections. Good agreement between the results of the computational simulation and the experimental data is observed.
Numerical boundary conditions are as important as the governing equations when analyzing the fluid flows numerically. An explicit boundary condition method updates the solutions at the boundaries with extrapolation from the interior of the computational domain, while the implicit boundary condition method in conjunction with an implicit time integration method solves the solutions of the entire computational domain including the boundaries simultaneously. The implicit boundary condition method, therefore, is more robust than the explicit boundary condition method. In this paper, steady compressible 2-Dimensional Navier-Stokes solver is developed. We present the implicit boundary condition method coupled with LU-SGS(Lower Upper Symmetric Gauss Seidel) method. Also, the explicit boundary condition method is implemented for comparison. The preconditioning Navier-Stokes equations are solved on unstructured meshes. The numerical computations for a number of flows show that the implicit boundary condition method can give accurate solutions.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.1
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pp.1-7
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2017
To predict the transonic buffet onset for a supercritical airfoil with shock-boundary layer interactions, a practical steady approach has been proposed. In this study, it is assumed that the airfoil flow is steady even when buffet onset occurs. Steady Navier-Stokes computations are performed on the supercritical airfoil. Using the aerodynamic parameters calculated from Navier-Stokes solver, various steady approaches for predicting buffet onset are discussed. Among the various steady approaches considered in this study, Thomas' criterion based on Navier-Stokes computation has shown to be the most appropriate indicator of identifying the buffet onset for a supercritical airfoil with shock-boundary layer interactions. Good agreements have been obtained compared with the results of unsteady transonic wind tunnel tests. The present method is shown to be reliable and useful for transonic buffet onset for a supercritical airfoil with shock-boundary layer interactions in terms of practical engineering viewpoint.
We propose a fast and accurate fluid solver of the Wavier-Stokes equations for the physics-based fluid simulations. Our method utilizes the solution of the Stokes equation as an initial guess for the velocity of the nonlinear term in the Wavier-Stokes equations. By guessing the initial velocity close to the exact solution of the given nonlinear differential equations, we can develop remarkably accurate and stable fluid solver. Our solver is based on the implicit scheme of finite difference methods, that makes it work well for large time steps. Since we employ the ADI method, our solver is also fast and has a uniform computation time. The experimental results show that our solver is excellent for fluids with high Reynolds numbers such as smoke and clouds.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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