This paper reports briefly on the computational results of a turbulent Rayleigh-Benard convection with the elliptic-blending second-moment closure (EBM). The primary emphasis of the study is placed on an investigation of accuracy and numerical stability of the elliptic-blending second-moment closure for the turbulent Rayleigh-Benard convection. The turbulent heat fluxes in this study are treated by the algebraic flux model with the temperature variance and molecular dissipation rate of turbulent heat flux. The model is applied to the prediction of the turbulent Rayleigh-Benard convection for Rayleigh numbers ranging from Ra=$2{\times}10^6$ to Ra=$10^9$ and the computed results are compared with the previous experimental correlations, T-RANS and LES results. The predicted cell-averaged Nusselt number follows the correlation by Peng et al.(2006) (Nu=$0.162Ra^{0.286}$) in the 'soft' convective turbulence region ($2{\times}10^6{\leq}Ra{\leq}4{\times}10^7$) and it follows the experimental correlation by Niemela et al. (2000) (N=$0.124Ra^{0.309}$) in the 'hard' convective turbulence region ($10^8{\leq}Ra{\leq}10^9$) within 5% accuracy. This results show that the elliptic-blending second-moment closure with an algebraic flux model predicts very accurately the Rayleigh-Benard convection.
This paper reports briefly on the computational results of a turbulent Rayleigh-Benard convection with the elliptic-blending second-moment closure (EBM). The primary emphasis of the study is placed on an investigation of accuracy and numerical stability of the elliptic-blending second-moment closure for the turbulent Rayleigh-Benard convection. The turbulent heat fluxes in this study are treated by the algebraic flux model with the temperature variance and molecular dissipation rate of turbulent heat flux. The model is applied to the prediction of the turbulent Rayleigh-Benard convection for Rayleigh numbers ranging from $Ra=2{\times}10^6$ to $Ra=10^9$, and the computed results are compared with the previous experimental correlations, T-RANS and LES results. The predicted cell-averaged Nusselt number follows the correlation by Peng et al.(2006) ($Nu=0.162Ra^{0.286}$) in the 'soft' convective turbulence region ($2{\times}10^6{\leq}Ra{\leq}4{\times}10^7$) and it follows the experimental correlation by Niemela et al. (2000) ($Nu=0.124Ra^{0.309}$) in the 'hard' convective tubulence region ($10^8{\leq}Ra{\leq}10^9$) within 5% accuracy. This results show that the elliptic-blending second-moment closure with an algebraic flux model predicts very accurately the Rayleigh Benard convection.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.9
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pp.674-681
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2009
Turbulent mixed convection in heated vertical annulus is investigated using Direct Numerical Simulation (DNS) technique. The objective of this study is to find out the effect of buoyancy on turbulent mixed convection in heated vertical annulus. Downward and upward flows with bulk Reynolds number 8500, based on hydraulic diameter and mean velocity, have been simulated to investigate turbulent mixed convection by gradually increasing the effect of buoyancy. With increased heat flux, heat transfer coefficient first decreases and then increases in the upward flow due to the effect of buoyancy, but it gradually increases in downward flow. The mean velocity and temperature profiles can not be explained by the wall log laws due to the effect of buoyancy, too. All simulation results are in good quantitative agreement with existing numerical results and in good qualitative agreement with existing experimental results.
Turbulent mixed convection in heated vertical annulus is investigated using Direct Numerical Simulation (DNS) technique. The objective of this study is to find out the effect of buoyancy on turbulent mixed convection in heated vertical annulus. Downward and upward flows with bulk Reynolds number 8500, based on hydraulic diameter and mean velocity, have been simulated to investigate turbulent mixed convection by gradually increasing the effect of buoyancy. With increased heat flux, heat transfer coefficient first decreases and then increases in the upward flow due to the effect of buoyancy, but it gradually increases in downward flow. The mean velocity and temperature profiles can not be explained by the wall log laws due to the effect of buoyancy, too. All simulation results are in good quantitative agreement with existing numerical results and in good qualitative agreement with existing experimental results.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.12
no.1
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pp.33-39
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2000
There are many under going researchs for the natural convection and fluid flow in rectangular enclosure. In this paper, the optimal model that is the most frequently used for the analysis of a turbulent natural convection in rectangular enclosure is suggested by comparing with the result of Cheesewright's experiment. As We can see the distribution of the velocity, temperature, and turbulent kinitic energy, ST model tends to exaggerate the result of the experiment. The LS model generates better experimental result than the ST and DA's. Therefore, it is resonable to adopt the LS model that contains explicit physical meanings of each term in eouation of turbulent kinitic energy.
A numerical study of a turbulent natural convection in an enclosure with the lattice Boltzmann method (LBM) is presented. The primary emphasis of the present study is placed on investigation of accuracy and numerical stability of the LBM for the turbulent natural convection flow. A HYBRID method in which the thermal equation is solved by the conventional Reynolds averaged Navier-Stokes equation method while the conservation of mass and momentum equations are resolved by the LBM is employed in the present study. The elliptic-relaxation model is employed for the turbulence model and the turbulent heat fluxes are treated by the algebraic flux model. All the governing equations are discretized on a cell-centered, non-uniform grid using the finite-volume method. The convection terms are treated by a second-order central-difference scheme with the deferred correction way to ensure accuracy and stability of solutions. The present LBM is applied to the prediction of a turbulent natural convection in a rectangular cavity and the computed results are compared with the experimental data commonly used for the validation of turbulence models and those by the conventional finite-volume method. It is shown that the LBM with the present HYBRID thermal model predicts the mean velocity components and turbulent quantities which are as good as those by the conventional finite-volume method. It is also found that the accuracy and stability of the solution is significantly affected by the treatment of the convection term, especially near the wall.
A comparative study on the treatment of the turbulent heat flux with the elliptic mlending second moment closure for a natural convection is performed. Four cases of different treating the turbulent heat flux are considered. Those are the generalized gradient diffusion hypothesis (GGDH) the algebraic flux model (AFM) and the differential heat flux model (DFM). These models are implemented in the computer code specially designed for evaluation of turbulent models. Calculations are performed for a turbulent natural convection in the 1:5 rectangular cavity and the calculated results are compared with the experimental data. The results show that three models produce nearly the same accuracy of solutions.
A comparative study on the treatment of the turbulent heat flux with the elliptic blending second-moment closure for a natural convection flow is performed. Three cases of different treating the turbulent heat flux are considered. Those are the generalized gradient diffusion hypothesis (GGDH), the algebraic flux model (AFM) and the differential flux model (DFM). The constants in the models are adjusted with a primary emphasis placed on the accuracy of predicting the local Nusselt number. These models are implemented in a computer code specially designed for evaluation of turbulent models. Calculations are performed for a turbulent natural convection in the 1:5 rectangular cavity and the calculated results are compared with the available experimental data. The results show that the three models produce nearly the same accuracy of solutions. These results show that the GGDH, AFM and DFM models for treating the turbulent heat flux are sufficient for this simple shear flow where the shear production is dominant. It is observed that, in the weakly stratified region at the center zone of the cavity, the vertical velocity fluctuation is nearly zero in the GGDH solutions, which shows that the GGDH model may not be suitable for the strongly stratified flow. Thus, further study on the strongly stratified flow should be followed.
We investigate 3D radiation-hydrodynamics (RHD) for surface convection of the solar-type low-mass stars (M = 0.8, 0.9, and 1.0 Msun). The outer convection zone (CZ) of low-mass stars is an extremely turbulent region composed of partly ionized compressible gases at high temperature. Particularly, the super-adiabatic layer (SAL), the top of the CZ is the transition region where the transport of energy changes drastically from convection to radiation. In order to accurately describe physical processes, a realistic treatment of radiation should be considered as well as convection. As a starting model, the initial stratification in the outer envelope calculated using the solar calibrations in the context of the standard stellar theory. When the numerical fluid becomes thermally relaxed, the thermodynamic structure of the steady-state turbulent flow was explicitly collected. In this presentation, we compared thermodynamic properties of turbulent convection of the solar-type low-mass stars.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.8
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pp.2069-2078
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1993
The buoyancy-driven turbulent thermal convection is predicted using an anisotropic hybrid turbulence model, which is incorporated with a low Reynolds k-.epsilon. turbulence model and an anisotropic buoyant part of algebraic stress model(ASM). The numerical predictions are compared with the Davidson's model,(1) the full ASM and the experimental results of Cheesewright et al.(2) All the models are shown to predict good agreements with the experiments for the averaged turbulence quantities. It is found that the effect of an anisotropic part on the Reynolds stress and the turbulent heat fluxes is substantial. In this study, the present hybrid model gives a fairly reasonable prediction in terms of the computational accuracy, convergence and stability. The contribution of an anisotropic buoyant part to turbulent heat fluxes are also scrutinized over the range of Rayleigh numbers $(4.79{\times}10^{10}{\le}Ra{\le}7.46{\times}10^{10}).$
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[게시일 2004년 10월 1일]
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