We present a new finite-element scheme for direct numerical simulation of particle suspensions in simple shear flow of a viscoelastic fluid in 3D. The sliding tri-periodic representative cell concept has been combined with DEVSS/DG finite element scheme by introducing constraint equations along the domain boundary. Rigid body motion of the freely suspended particle is described by the rigid-shell description and implemented by Lagrangian multipliers on particle boundaries. We present the bulk rheology of suspensions through the numerical examples of single-, two- and many-particle problems, which represent a large number of such systems in simple shear flow. We report the steady bulk viscosity and the first normal stress coefficient, which show shear-thickening behavior for both properties.
Kim, Dong-Hyun;Jeon, Gyu-Mok;Park, Jong-Chun;Shin, Myung-Soo
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.1
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pp.1-9
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2021
In the present study, the model-scale Propeller Open Water (POW) tests for the propeller of 176K bulk carrier and 8600TEU container ship were conducted through Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation. In order to solve the incompressible viscous flow field, the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RaNS) equations were employed as the governing equations. The γ-Reθ(gamma-Re-theta) transition model combined with the SST k-ωturbulence model was introduced to describe the laminar-turbulence transition considering the low Reynolds number of model-scale. Firstly, the flow simulation developing over a flat plate was performed to verify the transition modeling, in which the wall shear stresses were compared with experiments and other numerical results. Then, to investigate the effect of the model, the CFD simulation for the POW test was performed and the simulated propeller performance was validated through comparison with the experiment conducted at Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering (KRISO).
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.15
no.1
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pp.70-83
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2010
Recently, floating cranes are mainly used to erect heavy blocks or cargos for constructing ships in many shipyards. It is important to estimate the dynamic motion of the heavy cargo suspended by a floating crane and the tension of the wire ropes between the floating crane and the heavy cargo. In this paper, the coupled dynamic equations of motion are set up for considering the 6 degree-of-freedom floating crane and the 6-degrees-of-freedom heavy cargo based on multibody system dynamics. Depending on the cargo weight, the motion of the floating crane would be changed to nonlinear state. The nonlinear terms in the equation of motion are considered. In addition, the nonlinear hydrostatic force, the linear hydrodynamic force, wire rope force, mooring force and gravity force are considered as the external forces. As the result of this paper, we analyze the engineering effect for erecting the heavy cargo by using the floating crane.
In this paper, nonlinear interactions between water waves and a horizontally submerged circular cylinder are numerically simulated. In this case, the nonlinear interactions between them generated a wave breaking phenomenon. The wave breaking phenomenon plays an important role in the wave farce. Negative drifting forces are raised at shallow submerged cylinders under waves because of the wave breaking phenomenon. For the numerical simulation, a finite difference method based on the unsteady incompressible Navier-Stokes equations and the continuity equation is adopted in the rectangular grid system. The free surface is simulated with a computational simulation method of two-layer flow by using marker density. The results are compared with some existing computational and experimental results.
The paper presents numerical simulations of laminar vortex-shedding flows past a circular cylinder for Re ≤ 500. The simulations are performed by solving the unsteady 2-D Navier-Stokes equations with a finite volume method using unstructured grid system. The resulting Reynolds number dependence of the Strouhal number and of the drag and lift coefficients is compared with experiments and with previous numerical results, showing good agreement. It is found that, for the truly laminar Reynolds number range the present calculation method described is capable of producing reasonably accurate results for the main practically relevant parameters such as Strouhal number, drag and lift coefficients.
This paper introduces modeling and simulation results for pipeline inspection gauge (PIG) with bypass flow control in natural gas pipeline. The dynamic behaviour of the PIG depends on the different pressure across its body and the bypass flow through it. The system dynamics includes: dynamics of driving gas flow behind the PIG, dynamics of expelled gas in front of the PIG, dynamics of bypass flow, and dynamics of the PIG. The bypass flow across the PIG is treated as incompressible flow with the assumption of its Mach number smaller than 0.45. The governing nonlinear hyperbolic partial differential equations for unsteady gas flows are solved by method of characteristics (MOC) with the regular rectangular grid under appropriate initial and boundary conditions. The Runge-Kuta method is used for solving the steady flow equations to get initial flow values and the dynamic equation of the PIG. The sampling time and distance are chosen under Courant-Friedrich-Lewy (CFL) restriction. The simulation is performed with a pipeline segment in the Korea Gas Corporation (KOGAS) low pressure system, Ueijungboo-Sangye line. Simulation results show us that the derived mathematical model and the proposed computational scheme are effective for estimating the position and velocity of the PIG with bypass flow under given operational conditions of pipeline.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.1
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pp.1-7
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2015
In order to provide some references for suitability of carrier-based aircrafts, this paper studies the flow field of exhaust jets and its impact on the flight deck. The geometrical models of aircraft carrier and carrier-based aircrafts are firstly built, on which unstructured tetrahedral meshes are generated for numerical analysis. Then, this paper simulates the flow field of exhaust jets to evaluate its impact on the Jet Blast Deflector (JBD) and the flight deck, when four carrier-based aircrafts are ready to start off in the bow. The standard k-${\varepsilon}$ equations, three-dimension N-S equations and the Computational Fluid Dynamics (CFD) theory are used in the analysis process. To solve the equations, the thermal coupling of the wind and the jet flow are also considered. The velocity and temperature distributions are provided with the simulation of the CFD software, FLUENT. The results indicate that: (1) this analytical method can be used to simulate aerodynamic problems with complex geometrical models, and the results are of high reliability; (2) the safety working area, the installation scheme of the JBD and the arrangement of the take-off position can be optimized through analysis.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.20
no.2
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pp.137-143
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2008
In the present study, a forest fire spread was simulated with a three-dimensional, fully-transient, physics-based, computer simulation program. Physics-based fire simulation is based on the governing equations of fluid dynamics, combustion and heat transfer. The focus of the present study is to perform parametric study to simulate fire spread through flat and inclined wildland with vegetative fuels like trees or grass. The fire simulation was performed in the range of the wind speeds and degrees of inclination. From the results, the effect of the various parameters of the forest fire on the fire spread behavior was analyzed for the future use of the simulation in the prediction of fire behavior in the complex terrain.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.13
no.2
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pp.123-140
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2009
The effect of a solute concentration difference on the osmotic transport of water through the semi-permeable membrane of a simple cell model is investigated. So far, most studies on osmotic phenomena are described by simple diffusion-type equations ignoring all fluid motion or described by Stokes flow. In our work, as the governing equations, we consider the coupled full Navier-Stokes equations which describe the fluid motion and the full transport equation that takes into account of convection and diffusion effects. A two dimensional finite difference model has been developed to simulate the velocity field, concentration field, and semi-permeable membrane movement. It is shown that the cell swells to regions of lower solute concentration due to the uneven water flux through the semi-permeable membrane. The simulation is applied on a red blood cell geometry and the relevant results are presented.
In the present study, a least square/level set based two-phase flow code has been developed using finite element discretization, which can be utilized for the analysis of a free surface flow problem in a complex geometry. Since the finite element method is employed for the spatial discretization of governing equations, an unstructured mesh can be naturally adopted for the level set simulation of a bubble-in-liquid flow without an additional load for the code development except that solution methods of the hyperbolic type redistancing and advection equations of the level set function should be devised in order to give a bounded solution on the unstructured mesh. For the discretization of hyperbolic type redistancing and advection equations, least square method is adopted. From the numerical experiments of the present study, it is shown that the proposed method is both robust and accurate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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