Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.1
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pp.82-91
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1999
A numerical analysis based on the three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equation has been conducted to investigate the flow within a NASA rotor 67 transonic fan. General coordinate transformations are used to represent the complex blade geometry and an H-type grid is used. The governing equations are solved using implicit LU-SGS scheme for the time-marching integration and a standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model is used with wall functions for the turbulence modeling. The computations are compared with the experimental data and a detailed study of the flow structures near peak efficiency and near stall is presented. The calculated overall aerodynamic efficiency and three-dimensional shock system agree well with the laser anemometer data.
This paper deals with the numerical and experimental study on the characteristics of the flow around a sunken vessel. Numerical simulation of the two dimensional steady flow on the midship section are carried out by the CFD code which is developed by using finite volume method and which includes the standard $textsc{k}$-$\varepsilon$ model with standard wall function. A experimental study is also carried out for the 1/100 scale model in circulating water channel. A velocity fields around the ship are measuremed by using particle image velocimetry technique. And the fluid forces acting on the ship hull by uniform current are measured by two axis load cell. The computed and measured velocity fields on the midship section are compared with each other in the view point of velocity dstribution and reattachement length, which shows good agreement in quality. The drag force on the vessel also showed the same tendency in both computational and experimental results. However, the quantitative disagreements are shown due to the three dimensional effect of the experiment. The result are used to determine the functional efficiency and stability of the vessel as a artificial reef.
Hydraulic efficiency was a vital component in evaluating the disinfection capability of clearwell. Current practice evaluates these system based on the tracer test only. In this paper, CFD(Computational Fluid Dynamics) was applied on the clearwell for alternating or supplementing the tracer test. The baffle factor derived from the CFD modeling closely matched the values obtained from full scale tracer testing. And, for suggesting proper numerical model in clearwell; the turbulence model, discretization scheme, convergence criteria were investigated through separate simulation runs. The model validation was conducted by comparing the simulated data with experimental data. In the turbulence model, the realizable ${\kappa}-{\varepsilon}$ model and the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model were found to be more appropriate than RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ model. The residuals of convergence criteria should be used as not $10^{-3}$ but $10^{-4}$ or $10^{-5}$. In discretization scheme, the difference of simulated values in 1st, 2nd, 3rd upwind scheme was found to be insignificant. Moreover, the result of this study suggest that CFD modeling can be a reliable alternative to tracer testing for evaluating the hydraulic efficiency.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.775-780
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2008
This paper reports on the internal flow of a centrifugal mini pump working at the low flow rate operating conditions. The RNG $\kappa-\varepsilon$ turbulence model was employed to simulate the three-dimensional turbulent flow in the pump. To examine and certify the simulation results, a transparent acrylic centrifugal mini pump model which is suitable for PIV measurement has been developed. The tongue region and the passages region between blades were investigated using PIV. In order to eliminate the effect of refraction on the area closed to the wall and increase the measurement accuracy, the fluorescent particles were scatted into the working fluid with the tracing particles. It is found from the calculation and PIV measurement results that there is a large area of recirculation flow near the tongue at low flow rate operating conditions. The computationally predicted water head using the $\kappa-\varepsilon$ turbulence model at low flow rate operating conditions are in very good agreement with the experimentally measured water head and the mean velocity distributions at investigation area obtained by PIV and calculation showed a satisfactory agreement as well. Meanwhile, the results of PIV measurements show that the flow status in one passage is different to another. And for capturing the internal flow detail information, the $\kappa-\varepsilon$ turbulence model is not very suitable.
A Navier-stokes based finite volume method has been developed to analyze an incompressible, steady state, turbulent wall-jet flow. The standard k-e model, the RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ model and their nonlinear counterparts are adopted as a closure relationship. Comparison with the experimental data shows that a linear ${\kappa}-{\varepsilon}$ model performs satisfatorily for two-dimensional wall-jet flows. However, as the flow becomes three dimensional, the linear model fails to predict the spanwise jet growth accurately and the nonlinear model needs to be adopted to capture three-dimensional flow characteristics.
In this study, experimental and numerical analyses are carried out to investigate the performance of centrifugal pump with various air admitting conditions. Experiments on pump performance under air-water two-phase flow n accomplished using a centrifugal pump with semi-open type impeller having three, five and seven blades, respectively. Also, the numerical analysis of turbulent air-water two-phase flow using finite volume method has been carried out to obtain the pressure, velocities and void fraction on the basis of a so-called bubbly flow model with the constant size and shape of cavity. The results obtained through this study show the reasonable agreements within the range of bubbly flow regime. There are promising developments concerning application of the present study for the flow in a centrifugal pump with two-phase flow conditions and efforts must be followed to improve the turbulence model and two-phase flow model for turbomachinery.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.1
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pp.19-26
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1991
The complete, fully-elliptic Reynolds-averaged Navier-Stokes equations have been solved using a two-layer model, in the $\kappa-\varepsilon$ turbulence model, for the axisymmetric body. Numerically generated boundary-fitted coordinate system and the finite analytic methods are used to solve the governing equations. Calculations are started after the middle body with given inlet conditions. The velocities and the turbulent quantities at the inlet section are specified by solving the boundary layer equations or by standard flat-plate boundary profiles. The effects of the inlet conditions on the solution are investigated.
The aquaculture tank is used for breeding fish in sea water which was pumped up to land. The flow characteristics in the aquaculture were investigated with varying the tank geometry and flow rate. The numerical analysis has been employed for calculating the velocity and temperature distributions in a water tank of rectangular type. The finite volume method and SIMPLE algorithm with 3-dimensional standard $\kappa$-$\varepsilon$ turbulence model were used for the numerical analysis. For comparison with experimental results, the PIV system was applied to visualize the flow patterns quantitatively. The numerical results showed good agreements with the experimental results. The mean velocity and temperature versus aquarium depth were represented for various circulating flow rates. Especially, the aquaculture environment is recommended that the aquarium depth has to be d=0.5 m, and this case is the condition of higher velocity and temperature in winter season.
Shape of a multi-blades centrifugal fan is optimized by response surface method based on three-dimensional Navier-Stokes analysis. For numerical analysis, Reynolds-averaged Wavier-Stokes equations with standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model are transformed into non-orthogonal curvilinear coordinate system, and are discretized with finite volume approximations. Due to the large number of blades in this centrifugal fan, the flow inside of the fan is regarded as steady flow by introducing the impeller force models for economic calculations. Optimizations with and without constraints are carried out. Design variables, location of cur off, radius of cut off, expansion angle of scroll and width of impeller were selected to optimize the shapes of scroll and blades. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved. The correlation of efficiency with relative size of inactive zone at the exit of impeller is discussed as well as with average momentum fluxes in the scroll.
The prediction performance of 9 model sets, which combine 3 turbulent models and 3 combustion models, was investigated numerically for turbulent partially-premixed jet flame. The standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ (SKE), Realizable ${\kappa}-{\varepsilon}$ (RKE) and Reynolds stress model (RSM) were used as a turbulence model, and the eddy dissipation concept (EDC), steady laminar flamelet (SLF) and unsteady laminar flamelet model (ULF) were also adopted as a combustion model. The prediction performance of those 9 model sets was evaluated quantitatively and qualitatively for Sandia D flame of which flame structure was measured precisely. The flame length was predicted as, from longest to shortest, RSM > SKE > RKE, and the RKE predicted the flame length of the jet flame much shorter than experiment. The flame temperature was over predicted by the combination of RSM + SLF or RSM + ULF while the flame length obtained by RSM + SLF and RSM + ULF was well agreed with the experiment. The combination of SKE + SLF and SKE + ULF predicts well the flame length as well as the temperature distribution. The SKE turbulence model was most superior to the other turbulent models, and SKE + ULF showed the best prediction performance for the structure of turbulent partially-premixed jet flame.
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