To investigate the flow inside the centrifugal impeller, computer program which can solve Three-dimensional compressible turbulent flow has been developed. The Navier-Stokes equations were chosen as the governing equation for viscous flow while Euler equations for inviscid case. Time marching method was incorporated with the Flux Difference Splitting method suggested by Roe to capture the steep gradients such as a shock. For high order of accuracy, MUSCL approach was adopted while differentiable limiter to ensure TVD property. For turbulence closure, Baldwin- Lomax model was applied due to its simplicity. To demonstrate the capabilities of present program, several validation problems have been solved and compared with experiments and other available data. From the above calculations generally good agreements were obtained. Finally, the developed code was applied to Eckardt's impeller and the performance prediction was carried out. Some important aspects on boundary condition for successful simulation were discussed and the remedy was also introduced.
An accurate and cost efficient method PSE is used for the stability analysis of 2D or 3D compressible boundary layers. A highly accurate finite difference PSE code has been developed at a general curvilinear coordinate system using an implicit marching procedure to deal with a broad range of transition predictions problems. Evolution of disturbances in compressible flat plate boundary layers are studied for free-stream Mach numbers ranging from 0 to 1.5. The effect of mean-flow nonparallelism is found to be weak on two dimensional waves and strong on three dimensional waves. The maximum amplification rate increases monotonically with Mach number. The present PSE solutions are compared with previous numerical investigations and experimental results and are found to be in good agreement.
A quasi-three dimensional calculation method is presented on the basis of Wu's idea using finite element methods. In B-B flow the governing equations are cast into a single equation to overcome the restriction of the type of turbomachinery, and Kutta condition is exactly assured by introducing a combination of two kinds of stream functions. In H-S flow a dissipative force which is assumed to be opposed to the relative velocity is added to the governing equation for a consistent loss model. The entropy change along each streamline is then calculated by assuming that the dissipative force may be a force coming from laminar viscous stresses with inviscid velocity distributions. Both the flow solvers are combined to build a three-dimensional flow field through a few iterations. For an effect of the distortion of H-S flow surface the body forces are computed after each B-B flow calculation is finished. Mizuki's centrifugal impellers are tested numerically. The reliability of the numerical solution compared with experimental data is guaranteed.
The flight vehicles have cavities such as wheel wells and bomb bays. The flow around a cavity is characterized as unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices due to the interaction between the freestream shear layer and cavity internal flow, the generation of shock and expansion waves. Resonance phenomena can damage the structures around the cavity and negatively affect aerodynamic performance and stability. In the present study, numerical analysis was performed for cavity flows by the unsteady compressible three dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations with Wilcox's ${\kappa}\;-\;{\omega}$ turbulence model. The cavity has the aspect ratios of 2.5, 3.5 and 4.5 for two-dimensional case, same aspect ratios with the W/D ratio of 2 for three-dimensional case. The Mach and Reynolds numbers are 0.53 and 1,600,000 respectively. The flow field is observed to oscillate in the "shear layer mode" with a feedback mechanism. Based on the SPL(Sound Pressure Level) analysis of the pressure variation at the cavity trailing edge, the dominant frequency was analyzed and compared with the results of Rossiter's formula. The MPI(Message Passing Interface) parallelized code was used for calculations by PC-cluster.
A three dimensional compressible Navier-Stokes code is developed to analyze flowfields and performance of a vaned diffuser in a centrifugal compressor. It employs scalar implicit approximate factorization, finite volume formulation, second order upwind differencing and a two-equation $q-{\omega}$ turbulence model based on the integration to the wall. Pressure recovery and loss coefficients of a vaned diffuser are evaluated using a developed computer code. The simulated three dimensional flows show how through flow structure affects pressure recovery performance and loss coefficients of a vane for design and off-design inlet flow angles. Development of complex three dimensional flow over the inlet region and leading edge are very influential to the overall flow and performance.
When a shock wave is discharged from the exit of a duct, complicated flow is formed near the duct exit. The flow field is much more complicated under the ground effects or any other objects near the exit of a duct, such as the circumstance near the exit of the high-speed railway tunnel. The resulting flow is essentially three-dimensional unsteady with the effects of strong compressibility. In the current study, three-dimensional flow fields of the weak shock wave which is discharged from the exit of a duct are numerically investigated using a CFD method. Computations are performed for the weak shock wave in the range below 1.5. The results obtained show that the directivity and magnitude of the weak shock discharged strongly depend upon the Mach number of initial shock wave and are significantly influenced by the ground effects.
Impact pressure due to sloshing is of great concern for the ship owners, designers and builders of the LNG carriers regarding the safety of LNG containment system and hull structure. Sloshing of LNG in partially filled tank has been an active area of research with numerous experimental and numerical investigations over the past decade. In order to accurately predict the sloshing impact load, a new numerical method was developed for accurate resolution of violent sloshing flow inside a three-dimensional LNG tank including wave breaking, jet formation, gas entrapping and liquid-gas interaction. The sloshing flow inside a membrane-type LNG tank is simulated numerically using the Finite-Analytic Navier-Stokes (FANS) method. The governing equations for two-phase air and water flows are formulated in curvilinear coordinate system and discretized using the finite-analytic method on a non-staggered grid. Simulations were performed for LNG tank in transverse and longitudinal motions including horizontal, vertical, and rotational motions. The predicted impact pressures were compared with the corresponding experimental data. The validation results clearly illustrate the capability of the present two-phase FANS method for accurate prediction of impact pressure in sloshing LNG tank including violent free surface motion, three-dimensional instability and air trapping effects.
본 연구에서는 3차원 압축성 내부유동해석 코드를 개발하여 터어빈 정익이나 동익 내부의 차원 익렬 유동을 수치적으로 해석하고자 한다. 여기에서 사용된 코드 는 Obyashi의 LU-ADI기법을 이용한 기존의 2차원 익렬 유동해석 코드를 3차원 유동장 으로 학장한 것이고, 난류유동해석에는, Baldwin-Lomax의 박층 대수모델을 3차원으로 확장한 알고리즘을 적용하였다.Kiock등이 실험한 선형 터어빈 익렬 내부의 천음속 유동장에 적용하여 양끝 벽면에 의한 3차원 유동장 특성을 분석하고, 3차원 익렬 유동 코드의 적합성을 검토하였다.
The two-dimensional incompressible and compressible Navier-Stokes codes are developed for the computation of the viscous turbulent flow over high-lift airfoils. Incompressible code using pseudo-compressibility and dual-time stepping method involves a conventional upwind differencing scheme for the convective terms and LU-SGS scheme for time integration. Compressible code also adopts an FDS scheme and LU-SGS scheme. Several two-equation turbulence models (the standard $k-{\varepsilon}$ model, the $k-{\omega}$ model. and $k-{\omega}$ SST model) are evaluated by computing the flow over single and multi-element airfoils. The compressible and incompressible codes are validated by computing the flow around the transonic RAE2822 airfoil and the NACA4412 airfoil, respectively. Both the results show a good agreement with experimental surface pressure coefficients and velocity profiles in the boundary layers. Also, the GA(W)-1 single airfoil and the NLR7301 airfoil with a flap are computed using the two-equation turbulence models. The grid systems around two- and three-element airfoil are efficiently generated using Chimera grid scheme, one of the overlapping grid generation methods.
Ultrasonic flow metering(UFM) technology is being received much attention from a variety of industrial fields to exactly measure the flow rate. The UFM has much advantage over other conventional flow meter systems, since it has no moving parts, and offers good accuracy and reliability without giving any disturbances to measure the flow rate, thereby not causing pressure losses in the flow fields. In the present study, 3-dimensional, unsteady, compressible Navier-Stokes equations are solved by a finite volume scheme, based upon the second order upwind scheme for spatial derivatives and the multi-stage Runge-Kutta integral method for time derivatives. In order to simulate multi-path ultrasonic flow meter, an excited pressure signal is applied to three different locations upstream, and the pressure signals are received at three different locations downstream. The mean flow velocities are calculated by the time difference between upstream and downstream propagating pressure signals. The obtained results show that the present CFD method simulates successfully ultrasonic meter gas flow and the mean velocity measured along the chord near the wall is considerably influenced by the boundary layers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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