Gaussian type models have limitations on predicting a detailed description of the near flow and pollution leads over complex terrains under neutral atmospheric conditions. Also, most models used recently have lack of ability to include atmospheric reactions. The model based on the numerical solution of the time-averaged Navier-Stokes equations and conservation equations needs to be developed to improve the limitations mentioned above. When the model was applied to the Shihwa area where the tracer experiment had been carried out, the simulation results have a great difference from the experimental results. There are two reasons that make the difference between the results by the model and the experiment. First, the Shihwa area is not a complex terrain. Second, meteorological data is insufficient. Therefore, the model should be applied to predict the dispersion of air pollutants over complex terrain rather than flat terrain in order that the model could be verified because the model was developed for the prediction of the dispersion over a complex terrain.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제12권2호
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pp.149-155
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2011
The viscous flow in an axisymmetric nozzle was analyzed while accounting for the mesh sizes in both in the free stream and the boundary layer. The Navier-Stokes equations were resolved using the finite volume method in order to determine the supersonic flow parameters at the exit of the converging-diverging nozzle. The numerical technique in the aforementioned method uses the flux vector splitting of Van Leer. An adequate time stepping parameter, along with the Courant, Friedrich, Lewis coefficient and mesh size level, was selected to ensure numerical convergence. The boundary layer thickness significantly affected the viscous flow parameters at the exit of the nozzle. The best solution was obtained using a very fine grid, especially near the wall at which a strong variation of velocity, temperature and shear stress was observed. This study confirmed that the boundary layer thickness can be obtained only if the size of the mesh is lower than a certain value. The nozzles are used at the exit of the shock tube in order to obtain supersonic flows for various tests. They also used in propulsion to obtain the thrust necessary to the displacement of the vehicles.
The flow and the heat transfer about the cross-flow fin-tube heat exchanger in an out-door unit of a heat pump system has been numerically Investigated. Using the general purpose analysis code, FLUENT, the Navier-Stokes equations and the energy equation are solved for the three dimensional computation domain that encompasses multiple rows of the fin-tube. The temperature on the fin and tube surface is assumed constant but compensated later through the fin efficiency when predicting the heat-transfer rate. The contact resistance is also taken into consideration. The flow and temperature fields for a wide range of inlet velocity and fin-tube arrangements are examined and the results are presented in the paper. The details of the flow are very well captured and the heat transfer rate for a range of inlet velocity is in excellent agreement with the measured data. The flow solution provides the effective permeability and the inertial resistance factor of the heat exchanger if the exchanger were to be approximated by the porous medium. This information is essential in carrying out the global flow field calculation which, in turn, provides the inlet velocity lot the microscopic temperature-field calculation of the heat exchanger unit.
Reynolds-averaged Navier-Stokes equations solver based on a pressure-based cell-centered finite volume method was developed using OpenFOAM libraries, which was an open source and providing computational continuum mechanics libraries. For the reasonable development of the turbulent boundary layer on the bow of the ship, specified library was developed. Grid sensitivities, such as skewness and aspect ratio of a cell, were tested for the solution convergence. Pressure, turbulent kinetic energy, turbulent dissipation rate contours on the ship surface computed by the developed CFD code were compared with those computed by the commercial CFD code, Fluent.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제8권2호
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pp.28-36
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2007
A multi-objective design exploration for a three-element airfoil consisted of a slat, a main wing, and a flap was carried out. The lift curve improvement is important to design high-lift system, thus design has to be performed with considered multi-angle. The objective functions considered here are to maximize the lift coefficient at landing and near stall conditions simultaneously. Kriging surrogate model which was constructed based on several sample designs is introduced. The solution space was explored based on the maximization of Expected Improvement (EI) value corresponding to objective functions on the Krigingmodels. The improvement of the model and the exploration of the optimum can be advanced at the same time by maximizing EI value. In this study, a total of 90 sample points are evaluated using the Reynolds averaged Navier-Stokes simulation(RANS) for the construction of the Kriging model. In order to obtain the information of the design space, two data mining techniques are applied to design result. One is functional Analysis of Variance(ANOVA) which can show quantitative information and the other is Self-Organizing Map(SOM) which can show qualitative information.
Taghavi-Zenouz, Reza;Behbahani, Mohammad Hosein Ababaf
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권1호
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pp.91-98
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2017
Performance of a low speed axial compressor is enhanced through a proper configuration of blade row tip injection and casing treatment of groove type. Air injectors were mounted evenly spaced upstream of the blade row within the casing groove and were all aligned parallel to the compressor axis. The groove, which covers all the blade tip chord length, extends all-round the casing circumference. Method of investigation is based on solution of the unsteady form of the Navier-Stokes equations utilizing $k-{\omega}$ SST turbulence model. Extensive parametric studies have been carried out to explore effects of injectors' flow momentums and yaw angles on compressor performance, while being run at different throttle valve setting. Emphasis has been focused on situations near to stall condition. Unsteady numerical analyses for untreated casing and no-injection case for near stall condition provided to discover two well-known criteria for spike stall inception, i.e., blade leading edge spillage and trailing edge back-flow. Final results showed that with only 6 injectors mounted axially in the casing groove and at yaw angle of 15 degrees opposite the direction of the blade row rotation, with a total mass flow rate of only 0.5% of the compressor main flow, surprisingly, the stall margin improves by 15.5%.
In this paper the unsteady fluid-structure interaction (FSI) problems with large structural displacement are solved by partitioned solution approaches in the arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element framework. The incompressible Navier-Stokes equations are solved by the characteristic-based split (CBS) scheme. Both a rigid body and a geometrically nonlinear solid are considered as the structural models. The latter is solved by Newton-Raphson procedure. The equation governing the structural motion is advanced by Newmark-${\beta}$ method in time. The dynamic mesh is updated by using moving submesh approach that cooperates with the ortho-semi-torsional spring analogy method. A mass source term (MST) is introduced into the CBS scheme to satisfy geometric conservation law. Three partitioned coupling strategies are developed to take FSI into account, involving the explicit, implicit and semi-implicit schemes. The semi-implicit scheme is a mixture of the explicit and implicit coupling schemes due to the fluid projection splitting. In this scheme MST is renewed for interfacial elements. Fixed-point algorithm with Aitken's ${\Delta}^2$ method is carried out to couple different solvers within the implicit and semi-implicit schemes. Flow-induced vibrations of a bridge deck and a flexible cantilever behind an obstacle are analyzed to test the performance of the proposed methods. The overall numerical results agree well with the existing data, demonstrating the validity and applicability of the present approaches.
The paper aims at illustrating several key issues and ongoing efforts for development of a reliable fully-Lagrangian particle-based solver for simulation of hydroelastic slamming. Fluid model is founded on the solution of Navier-Stokes along with continuity equations via an enhanced version of a projection-based particle method, namely, Moving Particle Semi-implicit (MPS) method. The fluid model is carefully coupled with a structure model on the basis of conservation of linear and angular momenta for an elastic solid. The developed coupled FSI (Fluid-Structure Interaction) solver is applied to simulations of high velocity impact of an elastic aluminum wedge and hydroelastic slammings of marine panels. Validations are made both qualitatively and quantitatively in terms of reproduced pressure as well as structure deformation. Several remaining challenges as well as important key issues are highlighted. At last, a recently developed multi-scale MPS method is incorporated in the developed FSI solver towards enhancement of its adaptivity.
The fluid flow and heat transfer in a thin liquid film are investigated numerically. The flow Is assumed to be two-dimensional laminar and surface tension is considered. The most important characteristics of this flow is the existence of a hydraulic jump through which the flow undergoes very sharp and discontinuous change. Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) method is used to describe moving free boundary and a modified SIMPLE algorithm based on streamline upwind Petrov-Galerkin(SUPG) finite element method is used for time marching iterative solution. The numerical results obtained by solving unsteady full Navier-Stokes equations are presented for planar and radial flows subject to constant wall temperature or constant wall heat flux, and compared with available experimental data. It Is discussed systematically how the inlet Reynolds and Froude numbers and surface tension affect the formation of a hydraulic jump. In particular, the effect of temperature dependent fluid properties is also discussed.
In this paper, two discretization methods, hybrid and QUICK, are tested for the Navier-Stokes equations written in general nonorthogonal body fitted coordinates. Comparison is made by calculating two laminar flows at low Reynolds numbers of 10 - 100. One is a two-dimensional channel of gradually expanding cross section and the other is an axisymmetric flow through a circular tube having a circular constriction. Results show that the QUICK scheme results in a numerical solution more accurate than that of hybrid. The QUICK scheme also shows faster convergence for both test cases. As the number of grid points increases, all numerical solutions converge with more oscillation. The number of grid points in the y-direction(cross stream direction) is also shown to play a significant role in the approximation of convection term within separated flow zone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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