Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.1
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pp.119-125
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2018
The particle based computational fluid dynamics (CFD) method, which follow Lagrangian approach for fluid dynamics, fluid particle behavior by tracking all particle calculation physical quantities of each particle. According to basic concept of particle based CFD method, it is difficult to satisfy continuum theory and measure influences from neighboring particle. Article number density and weight function were used to solve aforementioned issue. Difficulties continuum mean simulate non-continuum particles such as solid including granular and sand. In this regard, the particle based CFD method modified solid particle problems by replacing viscous and surface tension forces friction and drag forces. In this paper, particle interaction model for solid particle friction model implemented to simulate solid particle problems. The broken dam problem, which is common to verify particle based CFD method, used fluid or solid particles. The angle of repose was observed in the simulation results the solid particle not fluid particle.
Kim, Po-Ram;Shin, Seung-Ho;Lim, Jae-Ho;Kim, Chang-Hun
Journal of the Korea Computer Graphics Society
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v.17
no.1
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pp.17-24
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2011
In Computer Graphics, interaction between a particle-based fluid and a rigid body is important. In General, this interaction has been simulated in a discrete environment. As a result, there have been lots of errors. The larger the time step is used, the bigger the error is. This paper describes how to minimize the error in a discrete environment. To be specific, the collision handling method is that estimates particle collision using a signed distance function increases continuously according to space. At the time a fluid particle and a rigid body model collide, the exact collision time and the position is estimated. Through this, we propose the method how to be simulated the interaction between a fluid and a rigid body model as a continuous environment.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.796-808
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2019
In this paper, a Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method is extended to simulate the ice failure process and ice-ship interactions. The softening elastoplastic model integrating Drucker-Prager yield criterion is embedded into the SPH method to simulate the failure progress of ice. To verify the accuracy of the proposed SPH method, two benchmarks are presented, which include the elastic vibration of a cantilever beam and three-point bending failure of the ice beam. The good agreement between the obtained numerical results and experimental data indicates that the presented SPH method can give the reliable and accurate results for simulating the ice failure progress. On this basis, the extended SPH method is employed to simulate level ice interacting with sloping structure and three-dimensional ice-ship interaction in level ice, and the numerical data is validated through comparing with experimental results of a 1:20 scaled Araon icebreaker model. It is shown the proposed SPH model can satisfactorily predict the ice breaking process and ice breaking resistance on ships in ice-ship interaction.
The probabilistic tsunami risk assessment of large coastal areas is challenging because the inland propagation of a tsunami wave requires an accurate numerical model that takes into account the interaction between the ground, the infrastructures, and the wave itself. Classic mesh-based methods face many challenges in the propagation of a tsunami wave inland due to their ever-moving boundary conditions. In alternative, mesh-less based methods can be used, but they require too much computational power in the far-field. This study proposes a hybrid approach. A mesh-based method propagates the tsunami wave from the far-field to the near-field, where the influence of the sea floor is negligible, and a mesh-less based method, smooth particle hydrodynamic, propagates the wave onto the coast and inland, and takes into account the wave structure interaction. Nowadays, this can be done because the advent of general purpose GPUs made mesh-less methods computationally affordable. The method is used to simulate the inland propagation of the 2004 Indian Ocean tsunami off the coast of Indonesia.
The present study numerically investigate the effects of the Syngas chemical kinetics on the basic flame properties and the structure of the Syngas nonpremixed flames. In order to realistically represent the turbulencechemistry interaction and the spatial inhomogeneity of scalar dissipation rate, the Eulerian Particle Flamelet Model (EPFM) with multiple flamelets has been applied to simulate the combustion processes and NOx formation in the syngas turbulent nonpremixed flames. Validation cases include the Syngas turbulent nonpremixed jet and swirling flames. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the effects of the chemical kinetics, the flame structure, and NOx formation characteristics in the turbulent Syngas nonpremixed flames.
Cai, Guozhen;Luo, Min;Wei, Zhaoheng;Khayyer, Abbas
Ocean Systems Engineering
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v.12
no.3
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pp.285-300
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2022
This paper adopts the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) open-source code SPHinXsys to study the solitary wave interaction with coastal structures. The convergence properties of the model in terms of particle size and smoothing length are tested based on the example of solitary wave propagation in a flat-bottom wave flume. After that, the solitary wave interactions with a suspended submerged flat plate and deck with girders are studied. The wave profile and velocity field near the surface of the structures, as well as the wave forces exerted onto the structures are analyzed.
The present study is focused on the development of the RIF (Representative Interactive Flamelet) model which can overcome the shortcomings of conventional approach based on the steady flamelet library. Due to the ability for interactively describing the transient behaviors of local flame structures with CFD solver, the RIF model can effectively account for the detailed mechanisms of $NO_x$ formation including thermal NO path, prompt and nitrous $NO_x$ formation, and reburning process by hydrocarbon radical without any ad-hoc procedure. The flamelet time of RIFs within a stationary turbulent flame may be thought to be Lagrangian flight time. In context with the RIF approach, this study adopts the Eulerian Particle Flamelet Model (EPFM) with mutiple flamelets which can realistically account for the spatial inhomogeneity of scalar dissipation rate. In order to systematically evaluate the capability of Eulerian particle flamelet model to predict the precise flame structure and NO formation in the multi-dimensional elliptic flames, two methanol bluffbody flames with two different injection velocities are chosen as the validation cases. Numerical results suggest that the present EPFM model has the predicative capability to realistically capture the essential features of flame structure and $NO_x$ formation in the bluff-body stabilized flames.
Kim, Ki-Duck;Kim, Ho-Young;Cho, Chong-Pyo;Yoon, Suk-Goo
한국연소학회:학술대회논문집
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2007.05a
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pp.47-53
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2007
The laminar combustion characteristics of interacting coal particles in a convective flow are numerically investigated at particle arrangement and size difference. The numerical simulations, which use the two-step global reaction model to account for the surrounding gas effect, show the detailed interaction among the inter-space particles, undergoing devolatilization and subsequent char burning. Several parametric studies, which include the effect of the gas temperature (1700 K), high pressure(10 atm) and variation in geometrical arrangement of the particle diameter on the volatile release rate and the char combustion rate, have been carried out. The comparison indicates that the shift to the multiple particle arrangement resulted in the substantial change of the combustion characteristics and that the volatile release rate of the interacting coal particles exhibits a strong dependency on the particle spacing and size difference.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.1
no.1
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pp.20-28
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2009
In thus paper we validate a numerical model for wave-structure interaction by comparing numerical results with laboratory data. The numerical model is based on the Navier-Stokes (N-S) equations for an incompressible fluid. The N-S equations are solved by a two-step projection finite volume scheme and the free surface displacements are tracked by the volume of fluid (VOF) method The numerical model is used to simulate solitary waves and their interaction with a group of slender vertical piles. Numerical results are compared with the laboratory data and very good agreement is observed for the time history of free surface displacement, fluid particle velocity and wave force. The agreement for dynamic pressure on the cylinder is less satisfactory, which is primarily caused by instrument errors.
The erosion of solid particles in a pipe elbow was numerically investigated. A numerical procedure to estimate the sand erosion rate, as well as the particle motion, in the pipe elbow flow was introduced. This procedure was performed based on the combined empirical erosion model and computational fluid dynamics (CFD) analysis to consider the interaction between the particle motion and the eroded surface. The underlying turbulent flow on an Eulerian frame is described by the Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations with a $k-{\epsilon}$ turbulent model. The one-way coupled Eulerian-Lagrangian motion of the air flow and sand particles is employed to simulate the particle trajectories and particle-wall interactions on the pipe surfaces. The predicted CFD erosion magnitudes are compared with experimental data from pipe elbows. The erosion rate results do not reveal a good accordance between the simulation and experimental results. It seems that the CFD shows a slightly over-predicted erosion ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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