International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제10권3호
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pp.227-239
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2017
The accuracy of turbulence models for the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations in rough-wall flows is evaluated using data from large-eddy simulations (LES) of boundary layers with favourable and adverse pressure gradients. Some features of the flow (such as flow reversal in the roughness sublayer) cannot be captured accurately by any model, due to the fundamental model formulation. In mild pressure gradients most RANS models are sufficiently accurate for engineering applications, but if strong favourable or adverse pressure gradients are applied (especially those leading to separation) the model performance rapidly degrades.
The flowfields generated by gaseous slot injection into a supersonic flow at a Mach number of 3.75 and a Reynolds number of $2.07{\times}10^7$ are simulated numerically. Fine-scale turbulence effects are represented by a two-equation(k-w SST model) closure model which includes $y^+$ effects on the turbulence model. Grid convergence index(GCI) is also considered to provide a measure of uncertainty of the grid convergence. Comparison is made with experimental data and other turbulence model in term of surface static pressure distributions, the length of the upstream separation region, and the penetration height. Results indicate that the k-w SST model correctly predicts mean surface pressure distribution and upstream separation length. However, it is also observed that the numerical simulation over predicts the pressure spike and penetration height compared with experimental data. All these results are taken within $1\%$ error band of grid convergence.
본 연구에서는 새로운 $\varepsilon$-SST 난류 모델을 이용하여 벽면 근처에 위치한 정사각주 주위의 유동장에 대한 수치해석을 수행하였다. SST 난류 모델을 수정하여 새롭게 제안된 $\varepsilon$-SST 모델은 뭉툭한 물체 주위의 박리 영역에서 기존의 2-방정식 난류 모델보다 향상된 해석 결과를 보임을 확인하였다. $\varepsilon$-SST 모델을 이용하여 박리가 수반되는 유동영역에 대한 효율적인 해석이 가능할 것이다. 또한, 본 연구에서는 임계 간극 이하에서는 주기적인 와류배출이 억제됨을 입증하였으며, 스트로할수는 간극의 높이와 벽면 경계층의 두께의 영향을 받는 다는 것을 확인할 수 있었다.
Flow and scalar dispersion around Cheomseongdae are numerically investigated using a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model with the renormalization group (RNG) $k-{\varepsilon}$ turbulence closure scheme. Cheomseongdae is an ancient astronomical observatory in Gyeongju, Korea, and is chosen as a model obstacle because of its unique shape, that is, a cylinder-shaped architectural structure with its radius varying with height. An interesting feature found is a mid-height saddle point behind Cheomseongdae. Different obstacle shapes and corresponding flow convergences help to explain the presence of the saddle point. The predicted size of recirculation zone formed behind Cheomseongdae increases with increasing ambient wind speed and decreases with increasing ambient turbulence intensity. The relative roles of inertial and eddy forces in producing cavity flow zones around an obstacle are conceptually presented. An increase in inertial force promotes flow separation. Consequently, cavity flow zones around the obstacle expand and flow reattachment occurs farther downwind. An increase in eddy force weakens flow separation by mixing momentum there. This results in the contraction of cavity flow zones and flow reattachment occurs less far downwind. An increase in ambient wind speed lowers predicted scalar concentration. An increase in ambient turbulence intensity lowers predicted maximum scalar concentration and acts to distribute scalars evenly.
This paper presents a non-isotropic turbulence modeling of flows over bedforms. The Reynolds stress model is used for the turbulence closure. In the model, Launder, Reece, and Rodi's model and Hanjalic and Launder's model are employed f3r the pressure strain correlation term and the diffusion term, respectively. The mean flow and turbulence structures are simulated and compared with profiles measured in the experiments. The numerical solutions from two-equation turbulence models are also provided for comparisons. The Reynolds stress model yields the separation length of eddy similar to the other numerical results. Using the developed model, the resistance coefficients are also estimated for the flows at different Froude numbers. Karim's (1999) relationship is used to determine the bedform geometry. It is found that the values of the form drag and the skin friction are very similar to those obtained by the other turbulence models. meaning higher values of the form drag and lower values of the skin friction compared with the empirical formulas.
초음속 수축-확대 사각 노즐 내 강한 유동 박리를 동반한 초음속 유동에 적합한 난류 모델과 압축성 보정 모델을 평가하였다. 난류 모델로는 Yang과 Shih의 Low-Re $k-{\varepsilon}$ 모델, Menter의 $k-{\omega}$ SST모델, Wilcox의 $k-{\omega}$ 모델을 평가하였다. 압축성 효과를 보다 정확하게 예측하기 위하여 각각의 난류 모델에 Sarkar와 Wilcox의 압축성 보정 모델을 적용하였다. 각 난류 모델과 압축성 보정 모델의 결과는 실험 데이터와 비교하여 분석을 하였다. 난류 모델에 따라 충격파의 위치와 압력 회복률이 다르게 나타났으나 압축성 보정을 통해 더욱 개선된 결과를 얻었다.
선행 항공기의 날개 끝단에서 발생하는 후류 요란으로 인해 후행 항공기는 정상적인 운항에 영향을 받을 수 있다. 현재는 항공기 최대이륙중량에 따라 4개의 카테고리로 분류하여, 기준 거리별 항공기 수평 분리를 적용하고 있다. FAA 및 EURO-CONTROL을 중심으로 항공기 후류 요란의 크기와 영향이 기존의 거리 분리치보다 더 작다는 것이 연구되었고, 이것을 바탕으로 분리 기준을 7개의 카테고리로 세분화한 규정(RECAT)이 제시되었다. 본 연구에서는 ICAO Doc. 10122의 초안을 이용하여 국내 공항의 RECAT 도입 필요 여부를 확인하고, 활주로 절대 수용량 계산 방법의 하나인 Harris 모델을 이용하여 인천국제공항의 절대 수용량을 산출하였다. 분석 결과 RECAT 도입에 따라 활주로 절대 수용량의 증가가 가능할 것으로 확인되었으며, 계산된 결과 및 계산에 활용한 방법은 국내 공항의 RECAT 도입 검토에 기본 자료로 활용될 수 있을 것이다.
A diagnostic investigation is carried out to examine the igniter jet turbulence effects on the internal ballistics of solid rocket motors with divergent port. The numerical studies have been carried out with the help of a two dimensional k-omega turbulence model. It was inferred that increasing the igniter jet turbulence intensity is a possible way to decrease the pressure spike and pressurization rate, marginally during the ignition transient, by altering the location of the secondary ignition in solid rocket motors with non-uniform port.
The heat (mass) transfer characteristics on the blade surface of a first-stage turbine rotor cascade has been investigated by employing the naphthalene sublimation technique. A four-axis profile measurement system is employed for the measurements of the local heat (mass) transfer coefficient on the curved blade surface. The experiments are carried out for two free-stream turbulence intensities of 1.2% and 14.7%. The high free-stream turbulence results in more uniform distributions of heat load on the both pressure and suction surfaces and in an early boundary-layer separation on the suction surface. The heat (mass) transfer enhancement on the suction surface due to the endwall vortices is found to be relatively small under the high free-stream turbulence.
The snow cornice mass on the formation zone had triggered avalanches which led to the loss of human life and property. Snow cornice is formed due to flow separation on the leeward side. Effect of lee slope is more prominent in the formation of snow cornices as compared to the windward slope. The analysis of wind flow pattern has been carried out to evaluate the performance of a jet roof. Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis of wind flow over a 2D hill model was carried out using RNG based k-∈ turbulence models available in ANSYS Fluent. Effect of varying leeward hill slope (1:2 to 1:6) on flow separation for the given windward slope was observed and a critical slope of 1:4 was found at which the separation zone ceased to exist. The modification of wind flow over a hill due to the installation of jet roof was simulated. It was observed that jet roof had significantly modified the wind flow pattern around hill ridgeline and ultimately snow cornice formation had mitigated. The results of the wind flow pattern were validated with the wind data collected at the experimental site, Banihal Top (Jammu and Kashmir, India). The wind flow simulation over the hill and mitigation of cornice formation by the jet roof has been explained in the present paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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