Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2006.06a
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pp.269-270
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2006
A finite difference lattice Boltzmann model which allows us to simulate gas-liquid two-phase flows with large density difference, for instance, 800 times for air and water is considered. Two-particle model is used and the density difference is introduced by changing the acceleration according to the fluid density. Numerical measurement of surface tension agrees well with theoretical predictions. Simulations of two-phase phenomenon for phase-transition is carried out, showing applicability of the model for two-phase flows. The two-dimensional cavitating flow around a board set up in the fluid way is also simulated. As a result, it was confirmed that the FDLB method with two-particle model was effective in numerical simulation of cavitating flow and the bubble periodically grew up at the low pressure area behind the board, in which the fluid condition was influenced by the cavitation number.
A preconditioned numerical method for gas-liquid two-phase flows is applied to solve cavitating flow. The present method employs a finite-difference dual time-stepping integration procedure and the MUSCLTVD scheme. A homogeneous equilibrium cavitation model is used. The present density-based numerical method permits simple treatment of the whole gas-liquid two-phase flow field, including wave propagation, large density changes and incompressible flow characteristics at low Mach number. Some internal flows such as convergent-divergent nozzles are computed using this method. Comparisons of predicted and experimental results are provided and discussed.
For the analysis of transient two-phase flows in nuclear reactor components, a three-dimensional thermal hydraulics code, named CUPID, has been developed. The CUPID code adopts a two-fluid, three-field model for two-phase flows, and the governing equations were solved over unstructured grids, which are very useful for the analysis of flows in complicated geometries. To obtain numerical solutions, the semi-implicit numerical method for the REALP5 code was modified for an application to unstructured grids, and it has been further improved for enhanced accuracy and fast running. For the verification of the CUPID code, a set of conceptual problems and experiments were simulated. This paper presents the flow model, the numerical solution method, and the results of the preliminary assessment.
A three-dimensional (3D) unstructured hydrodynamic solver for transient two-phase flows has been developed for a 3D component of a nuclear system code and a component-scale analysis tool. A two-fluid three-field model is used for the two-phase flows. The three fields represent a continuous liquid, an entrained liquid, and a vapour field. An unstructured grid is adopted for realistic simulations of the flows in a complicated geometry. The semi-implicit ICE (Implicit Continuous-fluid Eulerian) numerical scheme has been applied to the unstructured non-staggered grid. This paper presents the numerical method and the preliminary results of the calculations. The results show that the modified numerical scheme is robust and predicts the phase change and the flow transitions due to boiling and flashing very well.
The phenomena of two-phase suspension flows appear widely in nature and industrial processes. Hence, it is of great importance to understand the mechanism of the gas-solid two-phase flows. In the present study, the numerical simulation has been approached by utilizing the Eulerian-Lagrangian methodology for describing the characteristics of the fluid and particulate phases in a vertical pipe and a 90°square-sectioned bend. The continuous phase(gas phase) is described by the Eulerian formulation and a κ-ε turbulence model is employed to find mean and turbulent properties of the gas phase. The particle properties(velocity and trajectory) are then described by a Lagrangian approach and computed using the mean velocity and turbulent fluctuating velocity of the gas phase. The predictions are compared with measurements by laser-Doppler velocimeter for the validation. As a result, the calculated results show good agreements.
First, methods of numerical analysis of gas-particle flows is classified into micro, meso and macro scale approaches based on the concept of multi-scale mechanics. Next, the explanation moves on to discrete particle simulation where motion of individual particles is calculated numerically using the Newtonian equations of motion. The author focuses on the cases where particle-to-particle interaction has significant effects on the phenomena. Concerning the particle-to-particle interaction, two cases are considered: the one is collision-dominated flows and the other is the contact-dominated flows. To treat this interaction mathematically, techniques named DEM(Distinct Element Method) or DSMC (Direct Simulation Monte Carlo) have been developed DEM, which has been developed in the field of soil mechanics, is useful for the contact -dominated flows and DSMC method, developed in molecular gas flows, is for the collision-dominated flows. Combining DEM or DSMC with CFD (computer fluid dynamics), the discrete particle simulation becomes a more practical tool for industrial flows because not only the particle-particle interaction but particle-fluid interaction can be handled. As examples of simulations, various results are shown, such as hopper flows, particle segregation phenomena, particle mixing in a rotating drum, dense phase pneumatic conveying, spouted bed, dense phase fluidized bed, fast circulating fluidized bed and so on.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.356-363
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2012
This paper addresses an analytical study on the gas-solid two phase flows in a nozzle. The primary purpose is to get recognition into the gas-solid suspension flows and to investigate the particle motion and its influence on the gas flow field. The present study is the primal step to comprehend the gas-solid suspension flow in the convergent-divergent nozzle. This paper try to made a development of an analytical model to study the back pressure ratio, particles loading and the particle diameter effect on gas-solid suspension flow. Mathematical model of gas-solid two phase flow was developed based on the single phase flow models to solve the quasi-one-dimensional mass, momentum equations to calculate the steady pressure field. The influence of particles loading and particle diameter is analyzed. The results obtained show that the suspension flow of smaller diameter particles has almost same trend as that of single phase flow using ideal gas as working fluid. And the presence of particles will weaken the strength of the shock wave; the bigger particle will have larger slip velocity with gas flow. The thrust coefficient is found to be higher for larger particles/gas loading or back pressure ratio, but it also depends on the ambient pressure.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.1
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pp.17-27
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2009
Two-phase RoeM and AUSMPW+ schemes are preconditioned for the simulation of all Mach number flows, which are generally of interest for many gas-liquid two-phase application problems, because of large speed of sound in liquid region and low speed of sound in mixture or gas region. Conventional characteristic based schemes lose their accuracy or robustness in low Mach number flows, because their numerical dissipation terms are scaled by speed of sound, which is too large compared with local velocity magnitude in a low Mach region. All speed versions of RoeM and AUSMPW+ reflect the eigenvalues of the preconditioned governing system, which have the same order of magnitude even in low Mach number region. From the asymptotic analysis, it is observed that the discretized system by the developed schemes is consistent with the continuum system in the incompressible limit. The numerical results show the accurate and robust behavior of the proposed shcemes for all speed two-phase flows.
This study analyzes especially drag and lift models recently developed for fluid-solid, fluid-fluid or liquid-liquid two-phase flows to understand their applicability on the computational fluid dynamics, CFD modeling of pulsatile blood flow. Virtual mass effect and the effect of red blood cells, RBCs aggregation on CFD modeling of blood flow are also shortly reviewed to recognize future tendencies in this field. Recent studies on two-phase flows are found as very useful to develop more powerful drag-lift models that reflect the effects of blood cell's shape, deformation, concentration, and aggregation.
This paper presents a two- phase search scheme for optimal pipe expansion of expansion of existing water distribution systems. In pipe network problems, link flows affect the total cost of the system because the link flows are not uniquely determined for various pipe diameters. The two-phase search scheme based on stochastic optimization scheme is suggested to determine the optimal link flows which make the optimal design of existing pipe network. A sample pipe network is employed to test the proposed method. Once the best tree network is obtained, the link flows are perturbed to find a near global optimum over the whole feasible region. It should be noted that in the perturbation stage the loop flows obtained form the sample existing network are employed as the initial loop flows of the proposed method. It has been also found that the relationship of cost-hydraulic gradient for pipe expansion of existing network affects the total cost of the sample network. The results show that the proposed method can yield a lower cost design than the conventional design method and that the proposed method can be efficiently used to design the pipe expansion of existing water distribution systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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