• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제23권6호
• /
• pp.675-682
• /
• 2010

The flood impact pressure acting on a vertical wall resulting from a dam-breaking problem is simulated using a navier-Stokes(N-S) solver. The N-S solver uses Eulerian Finite Volume Method(FVM) along with Volume Of Fluid(VOF) method for 2-D incompressible free surface flows. A Split Lagrangian Advection(SLA) scheme for VOF method is implemented in this paper. The SLA scheme is developed based on an algorithm of Piecewise Linear Interface Calculation(PLIC). The coupling between the continuity and momentum equations is affected by using a well-known Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations (SIMPLE) algorithm. Several two-dimensional numerical simulations of the dam-breaking problem are presented to validate the accuracy and demonstrate the capability of the present algorithm. The significance of the time step and grid resolution are also discussed. The computational results are compared with experimental data and with computations by other numerical methods. The results showed a favorable agreement of water impact pressure as well as the global fluid motion.

• 대한조선학회논문집
• /
• 제28권1호
• /
• pp.60-68
• /
• 1991

비압축성 유체유동에 대한 Navier-Stokes 방정식과 충돌 접촉면 조건으로 특징지어지는 강체-유체 충돌문제를 Lagrangian 유한요소법에 의해 해석하였으며, 계산의 편의상, 속도장을 점성및 중력항과 압력항으로 나누어 수행하는 소위 fractional step method를 도입하였다. 유체영역은 4절점의 4각형 요소로 분할하였으며, 충분히 작은 시간간격의 도입을 전제로 하여 explicit time marching법으로 수치해석하였다. 매 시간 step의 초기에 우선 운동량-충격량 법칙으로 강체의 수면충돌후 속도를 구했으며, 그 속도로 표현되는 충돌 접촉면의 경계조건과 완전한 형태의 자유표면조건 그리고 운동방정식 및 연속 방정식을 모두 만족하는 속도장을 구하였다. 본 논문에서 제시하는 수치해석법에 의하면, 유체충격문제에 있어 매우 중요하다고 알려져 있는 tip splash를 포함하는 자유표면의 형상을 쉽게 추적해 갈 수 있다. Lagrangian 유한요소법의 적용의 타당성을 확인하기 위하여 대칭형 2차원 쐐기 모양의 강체가 수면충돌하는 경우를 예로하여 시간의 경과에 따른 충격수압의 분포 및 충격외력 등을 추정한 결과, 본 방법의 적용의 유효성과 아울러 몇가지 유용한 결론을 유도할 수 있었다.

• Advances in nano research
• /
• 제9권3호
• /
• pp.133-145
• /
• 2020

In this study, nonlinear vibrations and dynamic instabilities of a smart embedded micro shell conveying varied fluid flow and subjected to the combined electro-thermo-mechanical loadings are investigated. With the aim of designing new hydraulic sensors and actuators, the piezoelectric materials are employed for the body and the effects of applying electric field on the stability of the system as well as the induced voltage due to the dynamic behavior of the system are studied. The nonlocal piezoelasticity theory and the nonlinear cylindrical shell model in conjunction with the energy approach are utilized to mathematically modeling of the structure. The fluid flow is assumed to be isentropic, incompressible and fully develop, and for more generality of the problem both steady and time dependent flow regimes are considered. The mathematical modeling of fluid flow is also carried out based on a scalar potential function, time mean Navier-Stokes equations and the theory of slip boundary condition. Employing the modified Lagrange equations for open systems, the nonlinear coupled governing equations of motion are achieved and solved via the state space problem; forth order numerical integration and Bolotin's method. In the numerical results, a comprehensive discussion is made on the dynamical instabilities of the system (such as divergence, flutter and parametric resonance). We found that applying positive electric potential field will improve the stability of the system as an actuator or vibration amplitude controller in the micro electro mechanical systems.

• 한국음향학회지
• /
• 제18권7호
• /
• pp.56-66
• /
• 1999

일반 내연기관이나 산업용로, 로켓 엔진 등의 기본적인 형상이라고 할 수 있는 관형 연소기에서 발생하는 연소 소음은 열-음향 되먹임 현상에 의해 야기되는 형태가 지배적이며. 심할 경우 시스템의 파괴를 야기할 수도 있는 중요한 문제이다. 본 연구에서는 열-음향 진동중에서도 열-기인 음향 진동으로 분류될 수 있는 현상에 초점을 맞추어 유동장, 음향장 및 연소 반응을 수치적으로 해석하여 여러 주어진 조건에 따른 정상적인 해석뿐만 아니라 음압 수준이나 기본 주파수 예측과 같은 정량적인 결과 도출을 효과적으로 수행할 수 있는 수치적 기법의 개발을 목적으로 하였다. 다양한 당량비를 가진 혼합기에 대해 수치 해석을 수행한 결과 실험 측정치의 경향과 잘 일치할 뿐만 아니라 정량적인 면에서도 상당히 정확한 예측을 할 수 있음을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제35권8호
• /
• pp.661-669
• /
• 2007

지면효과에 대한 수치해석을 위한 격자생성 과정에서 발생하는 어려움을 해소하기 위하여 중첩격자 기법을 이용한 수치해석 기법의 타당성에 대한 연구를 수행하고 그 신뢰성을 검증하였다. 지면효과가 있는 경우와 없는 경우 RAE 101 익형주위의 저속 난류 유동장에 대한 수치해석을 수행하였고 다중블록격자 기법과 중첩격자 기법을 적용한 수치해석 결과를 실험결과와 비교하였다. 이를 통하여 중첩격자 기법을 이용함으로써 지면효과에 대한 수치해석과정을 정확하고 격자생성 문제없이 효과적으로 수행할 수 있음을 보였다.

• Wind and Structures
• /
• 제15권3호
• /
• pp.189-208
• /
• 2012

Lock-in and drag amplification phenomena are studied for a flexible cantilever using a simplified fluid-structure interaction approach. Instead of solving the 3D domain, a simplified setup is devised, in which 2D flow problems are solved on a number of planes parallel to the wind direction and transversal to the structure. On such planes, the incompressible Navier-Stokes equations are solved to estimate the fluid action at different positions of the line-like structure. The fluid flow on each plane is coupled with the structural deformation at the corresponding position, affecting the dynamic behaviour of the system. An Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) approach is used to take in account the deformation of the domain, and a fractional-step scheme is used to solve the fluid field. The stabilization of incompressibility and convection is achieved through orthogonal quasi-static subscales, an approach that is believed to provide a first step towards turbulence modelling. In order to model the structural problem, a special one-dimensional element for thin walled cross-section beam is implemented. The standard second-order Bossak method is used for the time integration of the structural problem.

• 설비공학논문집
• /
• 제8권2호
• /
• pp.267-278
• /
• 1996

Steady, laminar, forced convection flow and heat transfer in the entrance region of an internally finned circular duct with a finite thermal conductivity has been analyzed numerically. The problem under investigation is a three-dimensional boundary layer problem, and is solved by employing a marching-type procedure which involves solution of a series of 2-dimensional elliptic problems in the cross-stream plane. Two types of inlet hydrodynamic conditions are considered : (a) uniform velocity flow and (b) fully developed flow. From the above inlet conditions, the effects of the fin height(h), fin number(N) and conductivity ratio($k_r$) on the flow and thermal characteristics are investigated. The numerical results show that the height and number of fins, and ratio of the solid to fluid thermal conductivity have pronounced effect on the solution. Considering pressure drop, optimized dimensionless fin height is 0.4.

• Korea-Australia Rheology Journal
• /
• 제13권3호
• /
• pp.141-148
• /
• 2001

In this research, experimental studies leave been performed on the hydrodynamic interaction between a spherical particle and a plane wall by measuring the force between the particle and wall. To approach the system as a resistance problem, a servo-driving system was set-up by assembling a microstepping motor, a ball screw and a linear motion guide for the particle motion. Glycerin and dilute solution of polyacrylamide in glycerin were used as Newtonian and non-Newtonian fluids, respectively. The polymer solution behaves like a Boger fluid when the concentration is 1,000 ppm or less. The experimental results were compared with the asymptotic solution of Stokes equation. The result shows that fluid inertia plays all important role in the particle-wall interaction in Newtonian fluid. This implies that the motion of two particles in suspension is not reversible even in Newtonian fluid. In non-Newtonian fluid, normal stress difference and viscoelasticity play important roles as expected. In the dilute solution weak shear thinning and the migration of polymer molecules in the inhomogeneous flow field also affect the physic of the problem.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제28권7호
• /
• pp.763-770
• /
• 2004

The problem of edge overcoating developed near the edge of the steel strip is studied quantitatively in the gas wiping process of continuous hot-dip galvanizing. It has been assumed that the edge overcoating occurs due to the reduced impact pressure of wiping gas on the strip edge and it is one of detrimental problems to the quality of coating products. In order to analyse the edge overcoating problem numerically, three-dimensional unsteady flows due to the gas wiping are calculated by using a commercial code, STAR-CD. Standard $\kappa$-$\varepsilon$ model is used as a turbulence model. The 1D code for calculation of coating thickness is constructed by using continuity and Navier-Stokes equations. The calculation results have shown good agreement with measurements of edge overcoating thickness, taken from galvanizing line trials. Therefore it is conformed that the major cause of edge overcoating is the reduced impact pressure of wiping gas on the strip surface.

• 한국추진공학회지
• /
• 제13권1호
• /
• pp.51-57
• /
• 2009

이 연구 논문에서는 위상최적화 방법을 사용하여 강제대류를 이용한 열소산하는 구조물을 설계하는 방법을 개발한다. 전기 부품이나 기계구조물에서 발생하는 열을 낮추기 위해서 자연 대류와 강제 대류가 넓게 사용되고 있다. 또한 현재에는 화학전지(Fuel cell)나 로켓의 추진기관 등에서 발생한 열을 낮추기 위해서 강제 대류를 사용하고 있다. 현재에 이런 시스템을 효과적으로 열을 소산시키기 위해서 유동의 채널을 설계하는 것이 아주 중요한 이슈로 다루어지고 있다. 따라서 이 논문에서는 위상최적화 기법을 사용하여 최적의 채널을 설계하는 연구를 수행한다. 대류 현상을 고려하기 위해서 비압축성 N-S 방정식의 해석을 수행하였다. 이 논문에서는 열과 유체가 연계되어 있는 시스템을 수치적으로 연구하고 강제대류를 고려하는 최적의 채널 설계 결과를 제시한다.