Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.16
no.4
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pp.255-262
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2013
The boltzmann equation is based on the particle distribution function while the Navire-Stokes equation based on the continuum theory. In order to simulate free surface flow, this paper used the Lattice Boltzmann Method of which is the discretized form. The detail study on the characteristics of the Lattice Boltzmann Method for the free surface simulation was investigated. The developed code was validated with the traditional dam breaking problem by tracking the front position of the water. A basic roles of density functions in the Lattice Boltzmann Method is discussed. To have an engineering applications, the simulation is also conducted the free surface behavior with an arbitrary wall geometry.
Hydraulics usually deals with flows with free surface. When the surface curvature is small, the assumption of hydrostatic pressure distribution is enough. However, in the case, when the curvature is big, the non-hydrostatic pressure distribution should be taken into account and the Navier-Stokes equations should be employed instead of the depth-averaged shallow water equations. For the simulation of two immiscible fluids with different characteristics (e.g. water and air, water and oil), the level set method is selected for this purpose. The developed model is applied to classical dam break problem and the computational results are compared with the experimental data. The effectiveness of the developed model is confirmed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.11
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pp.1049-1055
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2008
Modern multidisciplinary computational fluid dynamics often incorporates moving boundaries, as would be required in the applications such as design optimization, aeroelasticity, or forced boundary motion. It is challenging to develop robust, efficient grid deformation algorithms when large displacement of the moving boundaries is required. In this paper, a volume grid deformation code is developed based on the finite macro-element and the transfinite Interpolation, and then interfaces to a structured multi-block Navier-Stokes in-house code. As demonstrated by an airfoil with pitching motion, the hysteresis loops of lift, drag and moment coefficients of the developed method are shown to be in good agreement with those of experimental data.
Parallel finite element code has been recently developed for the analysis of the incompressible Wavier-Stokes equations using domain decomposition method. Metis and MPI libraries are used for the domain partitioning of an unstructured mesh and the data communication between sub-domains, respectively. For unsteady computation of the incompressible Navier-Stokes equations, 4-step splitting method is combined with P1P1 finite element formulation. Smagorinsky and dynamic model are implemented for the simulation of turbulent flows. For the validation performance-estimation of the developed parallel code, three-dimensional Laplace equation has been solved. It has been found that the speed-up of 40 has been obtained from the present parallel code fir the bench mark problem. Lastly, the turbulent flows around the MIRA model and Tiburon model have been solved using 32 processors on IBM SMP cluster and unstructured mesh. The computed drag coefficient agrees better with the existing experiment as the mesh resolution of the region increases, where the variation of pressure is severe.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.7
no.4
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pp.566-576
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1995
A Computational code has been developed in order to design axial fans by the numerical optimization techniques incorporated with flow analysis code solving three-dimensional Navier-Stokes equation. The steepest descent method and the conjugate gradient method are used to look for the search direction in the design space, and the golden section method is used for one-dimensional search. To solve the constrained optimization problem, sequential unconstrained minimization technique, SUMT, is used with imposed quadratic extended interior penalty functions. In the optimization of two-dimensional cascade design, the ratio of drag coefficient to lift coefficient is minimized by the design variables such as maximum thickness, maximum ordinate of camber and chord wise position of maximum ordinate. In the application of this numerical optimization technique to the design of an axial fan, the efficiency is maximized by the design variables related to the sweep angle distributed by quadratic function along the hub to tip of fan.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.2
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pp.114-121
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2013
In order to estimate the efficiency of an evaporative heat exchanger having mini channel, the equations to calculate heat exchanger properties, those are air temperatures and water temperatures etc, are derived from the governing equations based on the Navier-Stokes equation, even though there are several assumptions to make problem simplify. There are three heat transfer zones at the mini channel heat exchanger depending on the water condition. So, there are three governing equations and solutions to calculate the properties. As the results of this study, the equations to calculate a saturation point and a dry point are derived to evaluate an evaporative heat exchanger having micro channel. It is supposed to predict and evaluate the performance of a mini channel heat exchanger with evaporation of liquid.
In the current work, static and free torsional vibration of functionally graded (FG) nanorods are investigated using Fourier sine series. The boundary conditions are described by the two elastic torsional springs at the ends. The distribution of functionally graded material is considered using a power-law rule. The systems of equations of the mechanical response of nanorods subjected to deformable boundary conditions are achieved by using the modified couple stress theory (MCST) and taking the effects of torsional springs into account. The idea of the study is to construct an eigen value problem involving the torsional spring parameters with small scale parameter and functionally graded index. This article investigates the size dependent free torsional vibration based on the MCST of functionally graded nano/micro rods with deformable boundary conditions using a Fourier sine series solution for the first time. The eigen value problem is constructed using the Stokes' transform to deformable boundary conditions and also the convergence and accuracy of the present methodology are discussed in various numerical examples. The small size coefficient influence on the free torsional vibration characteristics is studied from the point of different parameters for both deformable and rigid boundary conditions. It shows that the torsional vibrational response of functionally graded nanorods are effected by geometry, small size effects, boundary conditions and material composition. Furthermore, for all deformable boundary conditions in the event of nano-sized FG nanorods, the incrementing of the small size parameters leads to increas the torsional frequencies.
Iban, A.L.;Brownjohn, J.M.W.;Belver, A.V.;Lopez-Reyes, P.M.;Koo, K.
Wind and Structures
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v.17
no.3
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pp.263-274
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2013
A numerical technique for fluid-structure interaction, which is based on the finite element method (FEM) and computational fluid dynamics (CFD), was developed for application to an industrial chimney equipped with a pendulum tuned mass damper (TMD). In order to solve the structural problem, a one-dimensional beam model (Navier-Bernoulli) was considered and, for the dynamical problem, the standard second-order Newmark method was used. Navier-Stokes equations for incompressible flow are solved in several horizontal planes to determine the pressure in the boundary of the corresponding cross-section of the chimney. Forces per unit length were obtained by integrating the pressure and are introduced in the structure using standard FEM interpolation techniques. For the fluid problem, a fractional step scheme based on a second order pressure splitting has been used. In each fluid plane, the displacements have been taken into account considering an Arbitrary Lagrangian Eulerian approach. The stabilization of convection and diffusion terms is achieved by means of quasi-static orthogonal subscales. For each period of time, the fluid problem was solved and the geometry of the mesh of each fluid plane is updated according to the structure displacements. Using this technique, along-wind and across-wind effects have been properly explained. The method was applied to an industrial chimney in three scenarios (with or without TMD and for different damping values) and for two wind speeds, showing different responses.
The effect of the Dirichlet boundary condition for the redistance equation of level set method on the solutionof sloshing problem is investigated by adopting four Dirichlet boundary conditions. For the solution of the incompressible Navier-Stokes equations, P1P1 four-step fractional finite element method is employed and a least-square finite element method is used for the solutions of the two hyperbolic type equations of level set method; advection and redistance equation. ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) method is used to deal with a moving computational domain. It has been shown that the free surface motion in a sloshing tank is strongly dependent on the type of the Dirichlet boundary condition and the results of broken dam and sloshing problems using various Dirichlet boundary conditions are discussed and compared with the existing experimental results.
We report in this paper the analysis of the motion of a needle and a spring in a viscous fluid under the influence of gravitational force. Lateral shift as well as vertical motion of a needle falling in a viscous fluid has been observed from a simple experiment. We also observed the combined rotation and translation of a falling spring. The trajectory and velocity of the falling needle and the spring were obtained by using an image processing technique. We also conducted numerical simulation for both problems. For the falling-needle problem, we employed a theory; but it turns out that significant correction is required for the solutions to match the numerical and experimental data. For the falling spring problem various theoretical formula were tested for their justification, but none of the existing theories can successfully predict the numerical and experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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