Accidental gaseous losses from industrial processes can pose considerable health and environmental risks but assessing their health, safety and environmental impact is problematic. Improved understanding and simulation of the dispersion of emissions in the vicinity of storage tanks is required. The present study aims to assess the capability of the turbulence closures and meshing alternatives in a commercially available CFD code for predicting dispersion in the vicinity of cubes and circular cylindrical storage tanks. The performance of the $k-{\varepsilon}$ and Reynolds Stress turbulence models and meshing alternatives for these cases are compared to experimental data. The CFD simulations are very good qualitatively and, in many cases, quantitatively. A mesh with prismatic elements is more accurate than a tetrahedral mesh. Overall the Reynolds stress model performs slightly better than the $k-{\varepsilon}$ model.
The turbulent wake flow of an axisymmetric body at incidence of $10.1^{\circ}$ is investigated by commericial CFD code, Fluent 6.2. Reynolds stress turbulence model with wall function is applied for the turbulent flow computation. For the grid generation, the Gridgen V15 is used. Numerical predictions are compared with experimental data for the validation. The computed results show goof agreements with the experimental measurements, implying that the CFD analysis is a useful and efficient tool for predicting turbulent flow characteristics of wake field of an axisymmetric body at incidence.
The eddy viscosity turbulence models were applied to predict the flows through a cascade, and the prediction performances of turbulence models were assessed by comparing with the experimental results for a controlled diffusion(CD) compressor blade. The original $\kappa-\omega$ turbulence model and $\kappa-\omega$ shear stress transport(SST) turbulence model were used as two-equation turbulence model which were enhanced for a low Reynolds number flow and the Baldwin-Lomax turbulence model was used as algebraic turbulence model. Farve averaged Wavier-Stokes equations in a two-dimensional, curvilinear coordinate system were solved by an implicit, cell-centered finite-volume computer code. The turbulence quantities are obtained by lagging when the men flow equations have been updated. The numerical analysis was made to the flows of CD compressor blade in a cascade at three different incidence angles (40. 43.4. 46 degrees). We found the reversion in the prediction performance of original $\kappa-\omega$ turbulence model and $\kappa-\omega$ SST turbulence model when the incidence angie increased. And the algebraic Baldwin-Lomax turbulence model showed inferiority to two-equation turbulence models.
Two versions of anisotropic k-ε turbulence model are incorporated in the modified k-ε model of Sohn et al. to avoid the need for the experimental normal stress value in the model and applied to convergent and divergent flows with strong and adverse pressure gradients in the plane of symmetry of a body of revolution. The models are the nonlinear k-ε model of Speziale and the anisotropic model of Nisizima & Yoshizawa. All of the models yield satisfactory results for relatively complex flow on a plane-of-symmetry boundary layer. The results of the models are compared with those results of experimental normal stress value.
A numerical study was made to choose the better turbulence model for the flow in the discharge flow path from a diffuser to a wall. In this study standard $\kappa-\epsilon$ model(SKE), RNG $\kappa-\epsilon$ model(RNG), and Reynolds stress model(RSM) were applied. In case of the flow with relatively high Reynolds number at a diffuser inlet, the pressure loss coefficients by RNG have a tendency to be near to those by SKE at small ratio(below about 0.35) of $h/D_o$, but to those by RSM at large ratio(above about 0.35). At large ratio RNG begins to enlarge the effects of rapid strain and streamline curvature. RNG & RSM are recommended as the appropriate turbulence models for this case. But it is noticeable that the velocity gradient pattern in RNG is same as in SKE, and also that the total pressure distribution in RNG is same as in RSM only at swirling flow area, same as in SKE only at main flow area.
A computational fluid dynamics(CFD) analysis has been made for fully developed turbulent flow in a triangular bare rod bundle with a pitch to diameter ratio (P/D) of 1.123. The nonlinear turbulence models predicted the turbulence-driven secondary flow in the triangular subchannel. The nonlinear quadratic κ-ε models by Speziale[1] and Myong-Kasagi[2] predicted turbulence structure in the rod bundle fairly well. The nonlinear quadratic and cubic k-ε models by Shih et al.[3] and Craft et al.[4] showed somewhat weaker anisotropic turbulence. The differential Reynolds stress model by Launder et al.[5} appeared to over predict the turbulence anisotropy in the rod bundle.
In this study, the characteristics of the three-dimensional turbulence flow in a rotating square sectioned 90.deg. bend were investigated by numerical simulation. And a dimensionless number, Coriolis force ratio, primarily subjected to the feature of the flow in the rotating 90.deg. bend was obtained as a result of one-dimensional theory. In the simulation study, low Reynolds number ASM developed by Kim(1991) in the square sectioned 180.deg. bend flow was modified in order to consider the rotational effects in the testing flows. In the near wall region of low Reynolds number, four turbulence models were employed and compared in order to find the most appropriate model for the analysis of the rotating 90.deg. bend flow. By comparison of the results with the experimental data, it is shown that low Reynolds number Algebraic Stress Model with rotating terms reflects most correctly the rotational effects. As the results of this study, centrifugal forces associated with the curvature of the bend and Coriolis forces and centripetal forces associated with the rotation affect directly both the mean motion and the turbulent fluctuations. Their actions on the mean flow are to induce a secondary motion while their effects on turbulence are to modify the pressure strain.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권3호
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pp.229-236
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2016
Exergetic analysis was introduced in optimization of a rotating equilateral triangular internal cooling channel with staggered square ribs to maximize the net exergy gain. The objective function was defined as the net exergy gain considering the exergy gain by heat transfer and exergy losses by friction and heat transfer process. The flow field and heat transfer in the channel were analysed using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations under the uniform temperature condition. Shear stress transport turbulence model has been selected as a turbulence closure through the turbulence model test. Computational results for the area-averaged Nusselt number were validated compared to the experimental data. Three design variables, i.e., the angle of rib, the rib pitch-to-hydraulic diameter ratio and the rib width-to-hydraulic diameter ratio, were selected for the optimization. The optimization was performed at Reynolds number, 20,000. Twenty-two design points were selected by Latin hypercube sampling, and the values of the objective function were evaluated by the RANS analysis at these points. Through optimization, the objective function value was improved by 22.6% compared to that of the reference geometry. Effects of the Reynolds number, rotation number, and buoyancy parameter on the heat transfer performance of the optimum design were also discussed.
Chun Kun Ho;Hwang Young Dong;Yoon Han Young;Kim Hee Chul;Zee Sung Quun
Nuclear Engineering and Technology
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제36권3호
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pp.248-262
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2004
Turbulence models are separately assessed for a three dimensional thermal-hydraulic analysis of the integral reactor SMART. Seven models (mixing length, k-l, standard $k-{\epsilon},\;k-{\epsilon}-f{\mu},\;k-{\epsilon}-v2$, RRSM, and ERRSM) are investigated for flat plate channel flow, rotating channel flow, and square sectioned U-bend duct flow. The results of these models are compared to the DNS data and experiment data. The results are assessed in terms of many aspects such as economical efficiency, accuracy, theorization, and applicability. The standard $k-{\epsilon}$ model (high Reynolds model), the $k-{\epsilon}-v2$ model, and the ERRSM (low Reynolds models) are selected from the assessment results. The standard $k-{\epsilon}$ model using small grid numbers predicts the channel flow with higher accuracy in comparison with the other eddy viscosity models in the logarithmic layer. The elliptic-relaxation type models, $k-{\epsilon}-v2$, and ERRSM have the advantage of application to complex geometries and show good prediction for near wall flows.
The flow characteristics and the heat transfer rate on a surface by the interaction of a pair of vortices are studied numerically. To analyze the common flow up produced by vortex generators in a rectangular channel flow, the pseudo-compressibility viscous method is introduced into the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation for 3-dimensional unsteady, incompressible viscous flows. To predict turbulence characteristics, a two-layer $k-\varepsilon$ turbulence model is used on the flat plate 3-dimensional turbulence boundary The computational results predict accurately Reynolds stress, turbulent kinetic energy and flow field generated by the vortex generators. The numerical results, such as thermal boundary layers, skin friction characteristics and heat transfers, are also reasonably close to the experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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