This paper presents a fully coupled three-dimensional solver for the analysis of interaction between pulsatile flow and large deformation structure. A partitioned time marching algorithm is employed for the solution of the time dependent coupled discretised problem, enabling the use of highly developed, robust and well-tested solvers for each field. Conservative transfer of information at the fluid-structure interface is combined with an effective multi-predict-correct iterative scheme to enable implicit coupling of the interacting fields at each time increment. The three-dimensional unsteady incompressible fluid is solved using a powerful implicit time stepping technique and an ALE formulation for moving boundaries with second-order time accurate is used. A full spectrum of total variational diminishing (TVD) schemes in unstructured grids is allowed implementation for the advection terms and finite element shape functions are used to evaluate the solution and its variation within mesh elements. A finite element dynamic analysis of the highly deformable structure is carried out with a numerical strategy combining the implicit Newmark time integration algorithm with a Newton-Raphson second-order optimisation method. The proposed model is used to predict the wave flow fields of a particular flow-induced vibrational phenomenon, and comparison of the numerical results with available experimental data validates the methodology and assesses its accuracy. Another test case about three-dimensional biomedical model with pulsatile inflow is presented to benchmark the algorithm and to demonstrate the potential applications of this method.
In the present numerical analysis, investigation of the effect of blade loadings from design shape on the slip factor variation was studied. Both the Eckardt radial bladed impeller and the backswept impeller were analyzed. In addition, a new design of the blade profile was arbitrarily attempted to generate a center-loading pattern in the original backswept impeller. Three dimensional compressible Navier-Stokes flow analysis with the Baldwin-Lomax turbulence model was applied to get the numerical slip factor at each impeller exit plane using the mass-averaging technique. The numerical slip (actors are in good agreement with the experimental ones and the Wiesner's slip factors deviate further from the numerical and experimental ones in both backswept impellers. Deviation angles and meridional channel loadings are found in no relation with the trend of change of the slip factor. Blade-to-blade loadings in midspan location are, however, found to have a direct relationship, especially at the sections where maximum loadings we to be expected. That information can be utilized in establishing an improved expression for slip factors in the future.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.4
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pp.81-88
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2008
Flow characteristics have one of the effects in the process of engine. The numerical analysis makes it possible to predict the flow fields. This paper presents characteristics of steady flow according to variation of valve lift in a gasoline engine. The numerical computations have been made to observe the pressure distribution in accordance with the variable valve lift. Characteristics of tumble flow and swirl flow according to the variable valve has also been investigated. We could find that tumble ratio and swirl ratio is different between with/without PDA valve. The steady flow test was simulated through three-dimensional analysis on intake port design for comparing with experimental data and confirming the feasibility of applying analytic method. As a result, this study shows the possibility of the usage of numerical simulation to predict the flow characteristics for gasoline engine.
Existing microplane models for concrete use three-dimensional spherical microplanes in the analysis of two-dimensional planar members as well as three-dimensional members. Also, they do not accurately describe the post-cracking behavior of reinforced concrete in tension-compression. In this study, a new microplane model is developed to overcome the disadvantages of the existing models. Instead of the spherical microplanes, the proposed microplane model uses disk microplanes involving a less number of microplanes and two-dimensional stresses and strains. As the result, the proposed model is more effective in numerical calculations. Also, the concept of the strain boundary is introduced to describe accurately the compressive behavior of reinforced concrete with tensile cracks in tension-compression. The validity of the proposed model is verified by comparison with existing experiments. In this paper, the microplane model and the numerical techniques involved in the finite element analysis are described in detail.
The objective of the present study is to visualize the pulsatile flow fields by using three-dimensional computer simulation and the PIV system. A closed flow loop system was built for the steady and unsteady experiments. The Harvard pulsatile pump was used to generate the pulsatile pressure and velocity waveforms. Conifer powder as the tracing particles was added to water to visualize the flow field. Two consecutive particle images were captured by a CCO camera for the image processing at several cross section. The range validation and the area interpolation methods were used to obtain the final velocity vectors with high accuracy. The finite volume predictions were used to analyze three-dimensional flow patterns in the bifurcation model. The results of the PIV experiment and the computer simulation are in good agreement and the results show the recirculation zones and formation of the paired secondary flow distal to the apex of the bifurcated model. The results also show that the branch flow is pushed strongly to the inner wall due to the inertial force effect and helical motions are generated as the flow proceeds toward the outer wall.
Jung Y. R.;Park W. G.;Park Y. J.;Kim J. S.;Hong S. H.
Journal of computational fluids engineering
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v.2
no.1
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pp.46-53
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1997
The flow field around a three dimensional minivan-like body has been simulated. This study solves 3-D unsteady incompressible Navier-Stokes equations on a non-orthogonal curvilinear coordinate system using second-order accurate schemes for the time derivatives, and third/second-order scheme for the spatial derivatives. The Marker-and-Cell concept is applied to efficiently solve continuity equation. A H-H type of multi-block grid system is generated around a three dimensional minivan-like body. Turbulent flows have been modeled by the Baldwin-Lomax turbulent model. To validate present procedure, the flows around the Ahmed body with 12.5° of slant angle are simulated. A good agreement with other numerical results is achived. After code validation, the flows around a mimivan-like body are simulated. The simulation shows three dimensional vortex-pair just behind body. The flow separation is also observed on the rear of the body. It has concluded that the results of present study properly agreed with physical flow phenomena.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.27
no.2
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pp.139-147
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2017
Acoustic performance of splitter silencers was investigated by using 3-dimensional commercial software and experiments. Flow resistivity of sound absorbing material was indirectly estimated by using an impedance tube setup and a curve fitting method. In addition the acoustic impedance of perforated plate was determined by an empirical formulation. Such properties have been used as input parameters in the commercial software. The prediction for a splitter silencer with 1000 mm length was compared with the experimental result. The numerical method is then applied to identify the effects of number of splitters, length of splitters, absorptive material density, and porosity of a perforated plate on the performance of the splitter silencers. As the number and length of splitter increases, the acoustic performance significantly increases. Although the increase of density of absorptive material also increase the acoustic performance, a change in the density over a certain level hardly affect it. The increase of porosity will enhance the performance especially at higher frequencies.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.10
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pp.1213-1222
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1999
A finite element method is developed for calculating the temperature and enthalpy distribution and accordingly the solid, liquid and mushy zone in a three-dimensional body subjected to any heat boundary conditions. The method concurrently consider both temperature and enthalpy for consideration of the latent heat effect, differently from other methods of using a special energy balance equation for solving a mushy zone. The developed brick element has eight nodes with one degree of freedom at each node. The numerical method and procedure are verified using the results of one and two dimensional analytic solutions and by other researchers. It is shown that the present method presents a consistent and stable results in either abrupt or ranged phase change problems. Moreover, the numerical results by the present method are hardly effected by the calculation time steps which otherwise are difficult to determine in most phase change problems. Finally, as a three-dimensional application, a T-shaped body of a phase change is presented and the temperature and enthalpy variation along the time are solved.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.4
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pp.108-120
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1998
A theoretical study of three-dimensional unsteady compressible non-reacting flow inside double flow of monolith catalytic converter system attached to 6-cylinder engine was performed for the achievement of performance improvement, reduction of light-off time, and longer service life by improving the flow distribution of pulsating exhaust gases. The differences between unsteady and steady-state flow were evaluated through the numerical computations. To obtains the boundary conditions to a numerical analysis, one dimensional non-steady gas dynamic calculation was also performed by using the method of characteristics in intake and exhaust system. Studies indicate that unsteady representation is necessary because pulsation of gas velocity may affect gas flow uniformity within the monolith. The simulation results also show that the level of flow maldistribution in the monolith heavily depends on curvature and angles of separation streamline of mixing pipe that homogenizes the exhaust gas from individual cylinders. It is also found that on dual flow converter systems, there is severe interactions of each pulsating exhaust gas flow and the length of mixing pipe and junction geometry influence greatly on the degree of flow distribution.
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