We study a boundary optimal control problem of the fluid flow governed by the Navier-Stokes equations. the control problem is formulated with the flow through a channel with steps. The first-order optimality condition of the optimal control is derived. Finite element approximations of the solutions of the optimality system are defined and optimal error estimates are derived. finally, we present some numerical results.
This paper is concerned with the penalized stationary incompressible Navier-Stokes system with the inhomogeneous Dirichlet boundary condition on the part of the boundary. By taking a generalized velocity space on which the homogeneous essential boundary condition is imposed and corresponding trace space on the boundary, we pose the system to the weak form which the stress force is involved. We show the existence and convergence of the penalized system in the regular branch by extending the div-stability condition.
In this paper we prove global existence and uniqueness of axisymmetric strong solutions for the three dimensional electro-hydrodynamic model based on the coupled Navier-Stokes-Poisson-Nernst-Planck system in the exterior of a cylinder. The key ingredient is that we use the axisymmetry of functions to derive the Lp interpolation inequalities, which allows us to establish all kinds of a priori estimates for the velocity field and charged particles via several cancellation laws.
The $LiBr-H_{2}O$ absorption process on a horizontal tube has been analyzed using the numerical method which incorporates the fully elliptic Navier-Stokes equations for the momentum equations, the energy and mass-diffusion equations. On a staggered grid, the SIMPLER algorithm with the QUICK scheme is used to solve these equations along with the MAC method for the free surface tracking. With the assumption that the absorbent is linear, calculations have been made for various inlet temperature and flow-rate conditions. The detailed results of the parametric study, such as the temperature, concentration, absorption mass flux and wall heat flux distributions are presented. The self-sustained feature of the absorption process is clearly elaborated. The analyses have also been carried out for multiple tube arrangement and the results show that the absorption rate converges after a few tube rows.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2009.05a
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pp.516-523
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2009
The artificial compressibility (AC) method for the incompressible Navier-Stokes equations in the generalized curvilinear coordinates using the primitive form is implemented. The main advantage of the AC approach is that the resulting system of equations resembles the system of compressible N-S equations and can thus be integrated in time using standard, well-established time-marching methods. The errors, which are the odd-even oscillation, for pressure field in using the artificial compressibility can be eliminated by using the $4^{th}$ order artificial dissipation term which is explicitly included. Even though this paper focuses exclusively on 2D laminar flows to validate and assess the performance of this solver, this numerical method is general enough so that it can be readily extended to carry out 3D URANS simulation of engineering flows. This algorithm yields practically identical velocity profiles and primary vortex and secondary vortices that are in excellent overall agreement with the results of the vorticity-stream function formulation (Ghia et al., 1982). However, the grid resolution have to be required to be large enough to express the various vortices.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.6
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pp.753-765
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2003
A finite element code for the numerical solution of the Navier-Stokes equation is parallelized by vertex-oriented domain decomposition. To accelerate the convergence of iterative solvers like conjugate gradient method, parallel block ILU, iterative block ILU, and distributed ILU methods are tested as parallel preconditioners. The effectiveness of the algorithms has been investigated when P1P1 finite element discretization is used for the parallel solution of the Navier-Stokes equation. Two-dimensional and three-dimensional Laplace equations are calculated to estimate the speedup of the preconditioners. Calculation domain is partitioned by one- and multi-dimensional partitioning methods in structured grid and by METIS library in unstructured grid. For the domain-decomposed parallel computation of the Navier-Stokes equation, we have solved three-dimensional lid-driven cavity and natural convection problems in a cube as benchmark problems using a parallelized fractional 4-step finite element method. The speedup for each parallel preconditioning method is to be compared using upto 64 processors.
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.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.9
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pp.34-40
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2005
In present study, a two dimensional unsteady Navier-Stokes solver has been developed using the Diagonalized ADI (DADI) method and implicit dual time stepping method. The jacobian matrices in steady state Navier-Stokes equations are introduced from inviscid flux terms. The implicit treatment of artificial dissipation terms results in a block penta-diagonal matrix system and it becomes a scalar penta-diagonal matrix by diagonalization. In steady state equations about fictitious time, a new residual including a real time derivative term is introduced. From a converged solution about fictitious time, a real time unsteady solution can be obtained, which is called 'implicit dual time stepping method'. For code validation, an oscillating flat plate, a regular Karman vortices past a circular cylinder and shock buffeting around a bicircular airfoil problems are numerically solved. And they are compared with a theoretical solution, experiments and other researcher's computations.
Kim Yoonsik;Kwon Jang Hyuk;Choi Yun Ho;Lee Seungsoo
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.35-38
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2002
The convergence acceleration methods for the compressible Wavier-Stokes equations are studied ,which are multigrid method and implicit preconditioned multistage time stepping method. In this paper, the performance of implicit preconditioning methods are studied for the full-coarsening multigrid methods on the high Reynolds number compressible flow computations. The effect of numerical flux on the convergence are investigated for the inviscid and viscous calculations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.8
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pp.1950-1963
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1995
A modification of the approximate-factorization method is made to accelerate the convergency rate and to take sufficiently large Courant number without loss of accuracy. And a stable implicit finite-difference scheme for solving the incompressible Navier-Stokes equations employed above modified method is developed. In the present implicit scheme, the volume fluxes with contravariant velocity components and the pressure formulation in curvilinear coordinates is adopted. In order to satisfy the continuity condition completely and to remove spurious errors for the pressure, the Navier-Stokes equations are solved by a modified SMAC scheme using a staggered gird. The upstream-difference scheme such as the QUICK scheme is also employed to the right hand side. The implicit scheme is unconditionally stable and satisfies a diagonally dominant condition for scalar diagonal linear systems of implicit operator on the left hand side. Numerical results for some test calculations of the two-dimensional flow in a square cavity and over a backward-facing step are obtained using both usual approximate-factorization method and the modified one, and compared with each other. It is shown that the present scheme allows a sufficiently large Courant number of O(10$^{2}$) and reduces the computing time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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