A level set method is combined with the volume-of-fluid method so that the coupled method can not only calculate an interfacial curvature accurately but also can achieve mass conservation well. The coupled level set and volume-of-fluid(CLSVOF) method is efficiently implemented by employing an interface reconstruction algorithm which is based on the explicit relationship between the interface configuration and the fluid volume function. The CLSVOF method is applied for numerical simulation of droplet impact on solid surfaces with variable contact angles. The numerical results are found to preserve mass conservation and to be in good agreement with the data reported in the literature. Also, the present method proved to be applicable to the complex phenomena such as breakup and rebound of a droplet.
A numerical method is presented for computing unsteady incompressible two-phase flows with immersed solids. The method is based on a level set technique for capturing the phase interface, which is modified to satisfy a contact angle condition at the solid-fluid interface as well as to achieve mass conservation during the whole calculation procedure. The modified level set method is applied for numerical simulation of bubble deformation in a micro channel with a cylindrical solid block and liquid jet from a micro nozzle.
Conjugate heat analysis on a high pressure turbine stage including secondary flow paths has been carried out. The secondary flow paths were designed to be located in front of the nozzle and between the nozzle and rotor domains. Thermal boundary conditions such as empirical based temperature or heat transfer coefficient were specified at nozzle and rotor solid domains. To create heat transfer interface between the nozzle solid domain and the rotor fluid domain, frozen rotor with automatic pitch control was used assuming that there is little temperature variation along the circumferential direction at the nozzle solid and rotor fluid domain interface. The simulation results showed that secondary flow injected from the secondary flow path not only prevents main flow from penetrating into the secondary flow path, but also effectively cools down the nozzle and rotor surfaces. Also thermal barrier coating with different thickness was numerically implemented on the nozzle surface. The thermal barrier coating further reduces temperature gradient over the entire nozzle surface as well as the overall temperature level.
Most material of engineering interest undergoes solidification process from liquid to solid state. Identifying the underlying mechanism during solidification process is essential to determine the microstructure of material which governs the physical properties of final product. In this paper, we expand our previous two-dimensional numerical technique to three-dimensional simulation for computing dendritic solidification process with fluid convection. We used Level Contour Reconstruction Method to track the moving liquid-solid interface and Sharp Interface Technique to correctly implement phase changing boundary condition. Three-dimensional results showed clear difference compared to two-dimensional simulation on tip growth rate and velocity.
The physical model of interest is based upon the concentric cylinder, where the outside cylinder is filled with optically thick and high temperature phase change material(PCM). The fluid is flowing through the inside cylinder to transfer the appropriate energy. The fluid is flowing through the inside cylinder to transfer the appropriate energy. The governing equations for the phase change material including internal thermal radiation and for the turbulent transfer fluid have been employed and numerically solved. The optically thick phase change justifies the P-l spherical harmonics approximation, which is believed to be appropriate choice particularly for the much coupled problem like in this study. The solid/liquid interface, temperature distribution within the PCM and the heat flux from the PCM to the transfer fluid have been obtained and compared with those of laminar transfer fluid. The numerical results show that the turbulent transfer fluid accelerates the solid/liquid interface and results in the increase of heat transfer rate from the PCM. The internal thermal radiation within the PCM, however, does not always playa role to increase the heat transfer rate throughout the inside cylinder. It is believed that the combined heat flux has been picked up more in the inflowing area than in the pure conductive phase change material.
본 연구는 유체-고체 연성 해석이 활발히 진행되고 있는 고체로켓의 3차원 연소실 상경계면 형상에 대해 정보 전달 기법 중 하나인 공통세분 기법의 적용을 목적으로 수행되었다. 본 기법은 불일치하는 경계면간 정보 전달에도 보존성과 정확도를 동시에 만족시킬 수 있다는 장점을 갖는다. 기법 구현은 상경계면에 공통표면을 구성하고 특정 오차를 최소화 시키는 최소화 내삽법을 적용하는 과정으로 수행되었다. 이를 바탕으로 다양한 다차원 상경계면 형상에서 연속 및 불연속 함수를 이용한 정보 전달 실험을 수행하였고, 다른 기법들과 해석 결과를 비교하였다.
Numerical simulation is performed for microdroplet deposition on a pre-patterned micro-structure. The liquid-air interface is tracked by a level-set method, which is improved by incorporating a sharp-interface modeling technique for accurately enforcing the matching conditions at the liquid-gas interface and the no-slip condition at the fluid-solid interface. The method is further extended to treat the contact angle condition at an immersed solid surface. The present computation of a patterning process using microdroplet ejection demonstrates that the multiphase characteristics between the liquid-gas-solid phases can be used to improve the patterning accuracy.
Kerboua, Y.;Lakis, A.A.;Thomas, M.;Marcouiller, L.
Structural Engineering and Mechanics
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제29권1호
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pp.91-111
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2008
This paper outlines the development of a computational model in order to analyze the dynamic behaviour of coupled fluid-structure systems such as a) liquid containers, b) a set of parallel or radial plates. In this work a hybrid fluid-solid element is developed, capable of simulating both membrane and bending effects of the plate. The structural mass and stiffness matrices are determined using exact integration of governing equations which are derived using a combination of classical plate theory and a finite element approach. The Bernoulli equation and velocity potential function are used to describe the liquid pressure applied on the solid-fluid element. An impermeability condition assures a permanent contact at the fluid-structure interface. Applications of this model are presented for both parallel and radial plates as well as fluid-filled rectangular reservoir. The effect of physical parameters on the dynamic behaviour of a coupled fluid-structure system is investigated. The results obtained using the presented approach for dynamic characteristics such as natural frequency are in agreement to those calculated using other theories and experiments.
The valve assembly used in nuclear power plants is important safety-related equipment. In the new standard, the physical attributes are measured using a valve diagnosis test, which is used in the expansion to other non-tested valves using a quantitative test-basis methodology. With a motor-operated actuator, the state of stem's lubrication is related to physical attributes such as the stem factor and the friction coefficient. This study analyzed the numerical transient of fluid and solid lubrication with a squeeze film effect due to the loading rate on the stem and the stem nut using the experimental data. The differential equation that governs the motion mechanism of the stem and stem nut is established and analyzed. The flow rate, the fluid and the solid contact forces are calculated with the friction coefficient. Finally, we found that a change in the friction coefficient results from a change of the shear force in the solid contact mode during the interchange process between the solid contact mode and the fluid contact mode. The qualitative understanding of the squeeze film effect is expanded quantitatively for forces, thread surface distance, velocity, and acceleration, with consideration of the metal solid contact and fluid contact.
In this paper we present an algorithm about how to simulate two dimensional dam breaking with lattice Boltzmann method (LBM). LBM considers a typical volume element of fluid to be composed of a collection of particles that represented by a particle velocity distribution function for each fluid component at each grid point. We use the modified Lattice Boltzmann Method for incompressible fluid. This paper will represent detailed information on single phase flow which considers only the water instead of both air and water. Interface treatment and conservation of mass are the most important things in simulating free surface where the Interface is treated by mass exchange with the water region. We consider the surface tension on the interface and also bounce back boundary condition for the treatment of solid obstacles. We will compare the results of the simulation with some methods and experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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