In order to simulate a free surface flow in a trench channel, a three-dimensional incompressible unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations are closed with the ${\kappa}-{\epsilon}$ model. The artificial compressibility (AC) method is used. Because the pressure fields can be coupled directly with the velocity fields, the incompressible Navier-Stokes (INS) equations can be solved for the unknown variables such as velocity components and pressure. The governing equations are discretized in a conservation form using a second order accurate finite volume method on non-staggered grids. In order to prevent the oscillatory behavior of computed solutions known as odd-even decoupling, an artificial dissipation using the flux-difference splitting upwind scheme is applied. To enhance the efficiency and robustness of the numerical algorithm, the implicit method of the Beam and Warming method is employed. The treatment of the free surface, so-called interface-tracking method, is proposed using the free surface evolution equation and the kinematic free surface boundary conditions at the free surface instead of the dynamic free surface boundary condition. AC method in this paper can be applied only to the hydrodynamic pressure using the decomposition into hydrostatic pressure and hydrodynamic pressure components. In this study, the boundary-fitted grids are used and advanced each time the free surface moved. The accuracy of our RANS solver is compared with the laboratory experimental and numerical data for a fully turbulent shallow-water trench flow. The algorithm yields practically identical velocity profiles that are in good overall agreement with the laboratory experimental measurement for the turbulent flow.
The effect of longitudinal thin rectangular riblets aligned with the flow direction on turbulent channel flow has been investigated using direct numerical simulation. The thin riblets have been modeled using the immersed boundary method (IBM) where the velocities at only one set of vertical nodes at the riblets positions are enforced to be zeros. Different spacings, ranging between 11 and 43 wall units, have been simulated aiming at getting the optimum spacing corresponding to the maximum drag reduction while keeping the height/spacing ratio at 0.5. Reynolds number based on the friction velocity ${\mu}_\tau$ and the channel half depth $\delta$ is set to 150. The flow is driven by adjusted pressure gradient so that the mass flow rate is kept constant in all the simulations. This study shows similar trend of the drag ratio to that of the experiments at the different spacings. Also, this research provides an optimum spacing of around 17 wall units leading to maximum drag reduction as experimental data. Explanation of drag increasing/decreasing mechanism is highlighted.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.6
no.1
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pp.63-70
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2002
Computational modeling and simulation can provide an effective predictive capability for the major features of the supersonic microjets. In the present study, computations using the axisymmetic, compressible, Navier-Stokes equations are applied to understand the supersonic microjet flow physics. The pressure ratio of the microjets is changed between 0.2 and 1.25 to obtain both the under- and over-expanded flows at the exit of the micronozzle. and Reynolds number Re is changed between 600 to 40000. For both laminar and turbulent microjet flows, sonic and supersonic microjets are simulated and compared with some experimental results available. Based on computational results, two microjets are discussed in terms of total pressure, jet decay and supersonic core length.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.8
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pp.905-910
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2013
The flow analysis has been made by applying the turbulent models in the helically coiled tubes of heat transfer. The k-${\varepsilon}$ and Spalart-Allmaras turbulent models are used in which the structured grid is applied for the simulation. The velocity vector, the pressure contour, the change of residuals along the iteration number and the friction factors are simulated by solving the Navier-Stokes equations to make clear the Reynolds number effect. The helical tube increases the centrifugal forces by which the wall shear stress become larger on the outer side of the tube. The centrifugal force makes the heat transfer rate locally larger due to the increase of the flow energy, which finds out the close relationship between the pressure drop and friction factor in the internal flow. The present numerical results are compared with others, for example, in the value of friction factor for validation.
A Combination Random Flow Generation (CRFG) technique for obtaining the fluctuating inflow boundary conditions for Large Eddy Simulation (LES) is proposed. The CRFG technique was developed by combining the typical RFG technique with a novel calculation of k and ${\varepsilon}$ to estimate the length- and time-scales (l, ${\tau}$) of the target fluctuating turbulence field used as the inflow boundary conditions. Through comparatively analyzing the CRFG technique and other existing numerical/experimental results, the CRFG technique was verified for the generation of turbulent wind velocity fields with prescribed turbulent statistics. Using the turbulent velocity fluctuations generated by the CRFG technique, a series of LESs were conducted to investigate the wind flow around S-, R-, L- and U-shaped building models. As the pressures of the models were also measured in wind tunnel tests, the validity of the LES, and the effectiveness of the inflow boundary generated by the CRFG techniques were evaluated through comparing the simulation results to the wind tunnel measurements. The comparison showed that the LES accurately and reliably simulates the wind-induced pressure distributions on the building surfaces, which indirectly validates the CRFG technique in generating realistic fluctuating wind velocities for use in the LES. In addition to the pressure distribution, the LES results were investigated in terms of wind velocity profiles around the building models to reveal the wind flow dynamics around bluff bodies. The LES results quantitatively showed the decay of the bluff body influence when the flow moves away from the building model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.7
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pp.956-965
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1998
Hot-wire measurement of the longitudinal and radial velocity components and Reynolds stresses are reported for developing turbulent flow in a strongly curved 180 deg. pipe and its tangents. Slanted wire is rotated to 6 directions and the voltage outputs of them are combined to obtain the mean velocities and Reynolds stresses. Significant double maxima in the longitudinal velocity component appear in the bend. V-profiles reveal the development of a strong secondary flow. This secondary flow is induced by the transverse pressure gradient set up between the outer(r$\sub$o/) and inner(r$\sub$i/) wall region of the bend. Another second cross-stream flow develops after .theta.=135 deg. and its direction is opposed to that of main second flow.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.8
no.2
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pp.198-207
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1996
It is well known that drag reduction in single phase liquid flow is affected by polymer material, molecular weight, polymer concentration, pipe diameter, and flow velocity. Drag reduction in two phase flow can be applied to the transport of crude oil, phase change system such as chemical reactor, pool and boiling flow, and to present cavitation which occurs in pump impellers. But the research of drag reduction in two phase flow is not sufficient. The purpose of the present work is to evaluate the drag reduction by measuring pressure drop, void fraction, mean liquid velocity, and turbulent intensity whether polymer is added in the horizontal two phase system or not. Experiment has been conducted in a test section with the inner diameter of 24mm and the length of 1,500mm. The polymer materials used are two kinds of polyacrylamide[PAAM] and co-polymer[A611P]. The polymer concentration was varied with 50, 100 and 200 ppm under the same experimental conditions. Experimental results showed that the drag reduction of co-polymer is higher than that of polyacrylamide. Mean liquid velocities increased as polymer was added, and turbulent intensity decreased inversely near the pipe wall.
Experimental investigations were conducted to study the characteristics of turbulent swirling flow in an axisymmetric annuli. Swirl angle measurements were performed using a flow visualization technique using smoke and dye liquid for Re=60,00080,000. Using the two-dimensional particle image velocimetry method, we found the time-mean velocity distribution and turbulent intensities in water with swirl for Re=20,000, 30,000, and 40,000 along longitudinal sections. Neutral points occurred for equal axial velocity at y/(R-r)=0.70.75, and the highest axial velocity was recorded near y/(R-r)=0.9. Negative axial velocity was observed near the convex tube along X/(D-d)=3~23. Another experimental study was performed to investigate heat transfer characteristics of turbulent swirling flow in an axisymmetric annuli. Static pressure, and local flow temperature were measured using tangential inlet condition and the friction factors and Nusselt number were calculated for several Reynolds numbers.
The objective of the paper was to measure the pressure drop and to investigate the recirculation region of the conical orifices used in Kwang-yang Iron & Steel Company. The flow field with water used as a working fluid was the turbulent flow for Reynolds number of $2{\times}10^4$. The effective parameters for the pressure drop and the recirculation region were the conical orifice's inclined angle (${\theta}$) against the wall, the interval(L) between orifices, the relative angle of rotation(${\alpha}$) of the orifices, the shape of the orifice's hole(circle, rectangle, triangle) having the same area. It was found that the shape of the orifice's hole affected the pressure drop and the flow field a lot, But the other parameters did not make much differences to the pressure drop. The PISO algorithm with FLUENT code was employed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.8
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pp.2110-2121
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1993
A numerical investigation has been carried out for the flow characteristics after exchange of some filters from the original layer to the new low pressure loss layer with equal filtering efficiency. The solution domain includes upper plenum, filter layer, clean space, access panels, and lower plenum. The concept of the distributed pressure resistance was applied to describe the momentum loss in filter layer and access panels. The evolution of the flow field is simulated using the low Reynolds number k-.epsilon. over bar turbulent model and SIMPLE algorithm based on the finite volume method. As a result, after the exchange of filter layer the power requirement can be reduced by 8-9 percent. The results also demonstrate that the perpendicularity of the flow near access panels may become worse at new filter layer than origianl filter layer. But the situation can be recovered by adjusting the jopening ratio of access panels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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