An efficient inverse design technique based on the MGM (Modified Garabedian-McFadden) method has been developed. The 2-D Navier-Stokes equations are solved for obtaining the surface pressure distributions and coupled with the MGM method to perform the inverse design. The solver is parallelized by using the domain decomposition method and the standard MPI library for communications between the processors. The MGM method is a residual-correction technique, in which the residuals are the difference between the desired and the computed pressure distribution. The developed code was applied to several airfoil shapes and the axial blade. It has been found that they are well converged to their target pressure distribution.
In this paper, a stabilized-penalized collocated finite volume (SPCFV) scheme is developed and studied for the stationary generalized Navier-Stokes equations with mixed Dirichlet-traction boundary conditions modelling an incompressible biological fluid flow. This method is based on the lowest order approximation (piecewise constants) for both velocity and pressure unknowns. The stabilization-penalization is performed by adding discrete pressure terms to the approximate formulation. These simultaneously involve discrete jump pressures through the interior volume-boundaries and discrete pressures of volumes on the domain boundary. Stability, existence and uniqueness of discrete solutions are established. Moreover, a convergence analysis of the nonlinear solver is also provided. Numerical results from model tests are performed to demonstrate the stability, optimal convergence in the usual L2 and discrete H1 norms as well as robustness of the proposed scheme with respect to the choice of the given traction vector.
Ji Young-Moo;Lee Jae-Woo;Byun Yung-Hwan;Park Jun-Sang
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.05a
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pp.36-40
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2006
An analysis is made of flow and rocket motion during a supersonic separation stage of air-launching rocket(ALR) from the mother plane. Three-dimensional compressible Navier-Stokes equations is numerically solved to analyze the steady/unsteady flow field around the rocket which is being separated from the mother plane configuration(F-4E Phantom). The simulation results clearly demonstrate the effect of shock-expansion wave interaction between the rocket and the mother plane. To predict the behavior of the ALR according to the change of the C.G., three cases of numerical analysis are performed. As a result, a design-guideline of supersonic air-launching rocket for the safe separation is proposed.
Transactions of the Society of Information Storage Systems
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v.5
no.1
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pp.19-35
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2009
The present work is an experimental and analytical study on a flexible disk rotating close to a rigid rotating disk in open air. In the analytical study, the air flow in the gap between the flexible disk and the rigid disk is modeled using Navier-Stokes and continuity equations while the flexible disk is modeled using the linear plate theory. The flow equations are discretized using the cell centered finite volume method (FVM) and solved numerically with semi-implicit pressure-linked equations (SIMPLE algorithm). The spatial terms in the disk equation are discretized using the finite difference method (FDM) and the time integration is performed using fourth-order Runge-Kutta method. An experimental test-rig is designed to investigate the dynamics of the flexible disk when rotating close to a co-rotating, a counter-rotating and a fixed rigid disk, which works as a stabilizer. The effects of rotational speed, initial gap height and inlet-hole radius on the flexible disk displacement and its vibration amplitude are investigated experimentally for the different types of stabilizer. Finally, the analytical and experimental results are compared.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.2
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pp.114-121
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2013
In order to estimate the efficiency of an evaporative heat exchanger having mini channel, the equations to calculate heat exchanger properties, those are air temperatures and water temperatures etc, are derived from the governing equations based on the Navier-Stokes equation, even though there are several assumptions to make problem simplify. There are three heat transfer zones at the mini channel heat exchanger depending on the water condition. So, there are three governing equations and solutions to calculate the properties. As the results of this study, the equations to calculate a saturation point and a dry point are derived to evaluate an evaporative heat exchanger having micro channel. It is supposed to predict and evaluate the performance of a mini channel heat exchanger with evaporation of liquid.
The conventional segregated finite element formulation produces a small and simple matrix at each step than in an integrated formulation. And the memory and cost requirements of computations are significantly reduced because the pressure equation for the mass conservation of the Navier-Stokes equations is constructed only once if the mesh is fixed. However, segregated finite element formulation solves Poisson equation of elliptic type so that it always needs a pressure boundary condition along a boundary even when physical information on pressure is not provided. On the other hand, the conventional integrated finite element formulation in which the governing equations are simultaneously treated has an advantage over a segregated formulation in the sense that it can give a more robust convergence behavior because all variables are implicitly combined. Further it needs a very small number of iterations to achieve convergence. However, the saddle-paint-type matrix (SPTM) in the integrated formulation is assembled and preconditioned every time step, so that it needs a large memory and computing time. Therefore, we newly proposed the P2PI semi-segregation formulation. In order to utilize the fact that the pressure equation is assembled and preconditioned only once in the segregated finite element formulation, a fixed symmetric SPTM has been obtained for the continuity constraint of the present semi-segregation finite element formulation. The momentum equation in the semi-segregation finite element formulation will be separated from the continuity equation so that the saddle-point-type matrix is assembled and preconditioned only once during the whole computation as long as the mesh does not change. For a comparison of the CPU time, accuracy and condition number between the two methods, they have been applied to the well-known benchmark problem. It is shown that the newly proposed semi-segregation finite element formulation performs better than the conventional integrated finite element formulation in terms of the computation time.
원심형 임펠러 내부 유로등 큰 곡률을 수반하는 터보기계 요소의 유동해석을 위한 계산코드를 개발하였다. 이 코드에서는 곡선좌표계에 유도된 3차원 비압축성 Navier-Stokes의 운동 방정식을 SMAC 음해법으로 푼다. 이 코드를 이용하여 유로의 단면이 정사각형이고 90도로 굽은 덕트내부의 층류 입구유동을 해석하고, 굽은 관 특유의 유동현상을 수치모사하였다 또한 곡관부 입구에서 충분히 발달한 유동, 또는 발달중인 유동이 유입될 경우에 이것이 곡관부 내부의 유동에 미치는 영향을 상·하류의 계산영역이 서로 다를 몇몇 유동장에 대하여 조사하고, 본 계산에서 얻어진 결과와 실형결과와의 비교로 본 3차원 유동해석 코드의 유효성을 검토 하였다.
A numerical study based on the three-dimensional thin-layer Navier-Stokes solver is carried out to analyze the flowfield through a single stage transonic compressor. Explicit fout-step Runge-Kutta scheme with spatially variable time step and implicit residual smoothing is used. The governing equations we discretized with explcit finite difference method. Mired-out average method is used at the interface between rotor and stator. And, an artificial dissipation model is used to assure the stability of solution. The results with k-w turbulence model were compared to the results with Baldwin-Lomax model, and physical phenomena of transonic compressor are presented. The two turbulence models give the results that show reasonably good agreements with experimental data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.3
s.246
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pp.262-269
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2006
Segregation algorithms of the incompressible Wavier-Stokes equations using P1P1/P2P1 finite element formulation are newly proposed. P1P1 formulation allocates velocity and pressure at the same nodes, while P2P1 formulation allocates pressure only at the vertex nodes and velocity at both the vertex and the midpoint nodes. For a comparison of both the elapsed time and the accuracy between the two methods, they have been applied to the well-known benchmark problems. The three cases chosen are the two-dimensional steady and unsteady flows around a fixed cylinder, decaying vortex, and impinging slot jet. It is shown that the proposed P2P1 semi-segregation algorithm performs better than the conventional P1P1 segregation algorithm in terms of both accuracy and computation time.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.31
no.1
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pp.63-70
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1994
The three-dimensional incompressible clavier-Stokes equations are solved to simulate the flow field around a Wigley model with free-surface. The IAF(Implicit Approximate Factorization) method is used to show a good success in reducing the computing time. The CPU time is almost an half of that if the IAF method were used. The present method adopts the local linearization and Euler implicit scheme without the pressure-gradient terms for the artificial viscosity. Calculations are carried out at the Reynolds number of $10^6$ and the Froude numbers are 0.25, 0.289 and 0.316. For the approximations of turbulence, the Baldwin-Lomax model is used. The resulting free-surface wave configurations and the velocity vectors are compared with those by the explicit method and experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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