Numerical simulation on two-dimensional turbine cascade flow has been performed using compressible Navier-Stokes equations. The flow equations are written in a cartesian coordinate system, then mapped into a generalized body-fitted ones. All direction of viscous terms are incoporated and turbulent effects are modeled using the extended ${\kappa}-{\epsilon}$ model. Equations are discretized using control volume SIMPLE algorithm on the nonstaggered grid sysetem. Applications are made at a VKI turbine cascade flow in atransonic wind-tunnel and compared to experimental data. Present numerical results are shown to be in good agreement with the experimental results and simulate the compressible viscous flow characteristics inside the turbine blade passage.
The stabilized Gauge-Uzawa method (SGUM), which is a second order projection type algorithm to solve the time-dependent Navier-Stokes equations, has been newly constructed in 2013 Pyo's paper. The accuracy of SGUM has been proved only for time discrete scheme in the same paper, but it is crucial to study for fully discrete scheme, because the numerical errors depend on discretizations for both space and time, and because discrete spaces between velocity and pressure can not be chosen arbitrary. In this paper, we find out properties of the fully discrete SGUM and estimate its errors and stability to solve the evolution Navier-Stokes equations. The main difficulty in this estimation arises from losing some cancellation laws due to failing divergence free condition of the discrete velocity function. This result will be extended to Boussinesq equations in the continuous research (part II) and is essential in the study of part II.
The airfoil design optimization procedures based on the Navier-Stokes equations were developed, This procedure enables more realistic and practical transonic airfoil designs. The modified Hicks-Henne functions were used to generate the shape of airfoils. Five Hick-Henne functions were used to design upper surface of airfoil only. To enhance the ability of Hick-Henne function to generate various airfoil shape with limited number of functions, the positions of control points were adjusted through optimization procedure. The design procedure was applied to the single-point design for the drag minimization problem with lift and area constraints. The result shows the capability of the procedure to generate much realistic airfoils with very small drag-creep in the low transonic regime. This is mainly due to the viscosity effect of Navier-Stokes flow analysis. However, in the higher transonic range tile drag-creep appears. The multi-point design is shown to be an effective way to avoid the drag-creep and improve off-design performance which is very similar in the Euler design.
컴퓨터 기술의 발달과 더불어 수치해석을 이용한 파랑변형에 대한 연구는 꾸준히 발전하고 있으며 점점 중요한 역할을 수행하고 있다. 하지만 수치모형을 이용한 연구에는 다양한 문제점이 발생할 우려가 있는데, 그 중 가장 빈번하게 발생하는 문제 중의 하나가 파랑의 조파지점에서 발생하는 수치수조내로의 재반사 문제이다. 재반사를 막기 위한 방법으로는 내부조파 기법을 이용하는 것이 일반적이다. Navier-Stokes 방정식 모형에서는 질량 원천항을 이용한 내부조파 기법을 주로 사용해 왔으나, 기존의 연구는 대부분 연직 2차원 수치모형을 이용한 연구에 국한되어 있었다. 그러나 3차원 수치모형을 이용한 연구가 점차 활발해지면서 3차원 Navier-Stokes 방정식 모형의 내부조파 기법에 대한 필요성이 증대되고 있다. 최근 RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 방정식 모형에서 Boussinesq 방정식의 운동량 원천항을 활용하여 파랑을 내부조파하는 기법이 발표되어 3차원 공간에서 경사지게 입사하는 파랑을 성공적으로 재현하였다. 본 연구에서는 LES(large eddy simulation) 기반의 3차원 Navier-Stokes 방정식 수치모형에 운동량 원천항을 이용한 내부조파 기법을 적용하여 목표파랑을 조파하고 해석해와 비교하여 이를 검증하였다.
In this paper, the response surface method using three-dimensional Navier-Stokes analysis to optimize the shape of a multi-blade centrifugal fan, is described. For numerical analysis, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with standard k - c turbulence model are transformed into non-orthogonal curvilinear coordinate system, and are discretized with finite volume approximations. Due to the large number of blades in this centrifugal fan, the flow inside of the fan is regarded as steady flow by introducing the impeller force models for economic calculations. Linear Upwind Differencing Scheme(LUDS) is used to approximate the convection terms in the governing equations. SIMPLEC algorithm is used as a velocity-pressure correction procedure. Design variables, location of cur off, radius of cut off, expansion angle of scroll and width of impeller were selected to optimize the shapes of scroll and blades. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved. It was found that the optimization process provides reliable design of this kind of fans with reasonable computing time.
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.
In this paper, the response surface method using three-dimensional Navier-Stokes analysis to optimize the shape of a forward-curved blades centrifugal fan, is described. For numerical analysis, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with standard k-e turbulence model are transformed into non-orthogonal curvilinear coordinate system, and are discretized with finite volume approximations. Due to the large number of blades in forward-curved blades centrifugal fan, the flow inside of the fan is regarded as steady flow by introducing the impeller force models for economic calculations. Linear Upwind Differencing Scheme(LUDS) is used to approximate the convection terms in the governing equations. SIMPLEC algorithm is used as a velocity-pressure correction procedure. Design variables, location of cur off, radius of cut off, expansion angle of scroll and width of impeller were selected to optimize the shapes of scroll and blades. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved. It was found that the optimization process provides reliable design of this kind of fans with reasonable computing time
The computations of the flowfield and pollutant dispersion over a flat plate and the Russian hills of various slopes are described. The Gaussian plume and the puff model have been used to calculate concentration of pollutant. The Reynolds-averaged unsteady incompressible Navier-Stokes equation with low Reynolds κ-ε model has been used to calculate the flowfield. The flow data of a flat plate and the Russian hills from Navier-Stokes equation solutions has been used as the input data for the puff model. The computational results of flowfield agree well with experimental results of both a flat plate and Russian hills. The concentration prediction by the Gaussian plume model and the Gaussian puff model also agrees flirty well with experiments.
Kim, Chang-Eob;Jeon, Mun-Ho;Kwon, Jeong-Tae;Lim, Hyo-Jae;Lee, Suk-Won
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제5권2호
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pp.270-275
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2010
An electromagnetic pump using a tubular induction motor (TLIM) has been proposed to pump liquid metal fluids. TLIM has been designed for liquid metal flow systems with a motor with a thrust force of 40~77[N]. The flow characteristics have been investigated by solving the Navier-Stokes equation, where the Lorentz force was included simply by considering it as a constant in the Navier-Stokes equation. A wood metal was chosen to simulate the liquid metal. The effect of Lorentz force on the flow rate was investigated. An experiment was conducted and its results were compared with those of the simulation. The simulation result showed an overestimation of about 17% compared with the experimental one.
본 연구에서는 Kawabata가 제안한 직접수치해법(direct numerical solution method)을 확대하여 윤활표면으 국부 회소가스 효과(local rarefaction effect)로 인 한 공기분자의 벽면 미끄름 현상을 고려한 지배방정식을 Navier-Stokes방정식으로 부 터 유도하고 이를 2차원 유동의 경우까지 확대하여 극소틈새와 높은 압축성 계수를 갖 는 경우에 적용하고 그 결과를 기존의 수정된 레이노래즈 방정식의 해석결과와 비교하 고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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