Kim, Jong-tae;Park, Ik-Kyu;Cho, Hyung-Kyu;Kim, Kyung-Doo;Jeong, Jae-Jun
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2008.03a
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pp.71-78
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2008
For analyses of multi-phase flows in a water-cooled nuclear power plant, a three-dimensional SIMPLE-algorithm based hydrodynamic solver CUPID-S has been developed. As governing equations, it adopts a two-fluid three-field model for the two-phase flows. The three fields represent a continuous liquid, a dispersed droplets, and a vapour field. The governing equations are discretized by a finite volume method on an unstructured grid to handle the geometrical complexity of the nuclear reactors. The phasic momentum equations are coupled and solved with a sparse block Gauss-Seidel matrix solver to increase a numerical stability. The pressure correction equation derived by summing the phasic volume fraction equations is applied on the unstructured mesh in the context of a cell-centered co-located scheme. This paper presents the numerical method and the preliminary results of the calculations.
Kim, Jong-Tae;Park, Ik-Kyu;Cho, Hyung-Kyu;Kim, Kyung-Doo;Jeong, Jae-Jun
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2008.10a
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pp.71-78
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2008
For analyses of multi-phase flows in a water-cooled nuclear power plant, a three-dimensional SIMPLE-algorithm based hydrodynamic solver CUPID-S has been developed. As governing equations, it adopts a two-fluid three-field model for the two-phase flows. The three fields represent a continuous liquid, a dispersed droplets, and a vapour field. The governing equations are discretized by a finite volume method on an unstructured grid to handle the geometrical complexity of the nuclear reactors. The phasic momentum equations are coupled and solved with a sparse block Gauss-Seidel matrix solver to increase a numerical stability. The pressure correction equation derived by summing the phasic volume fraction equations is applied on the unstructured mesh in the context of a cell-centered co-located scheme. This paper presents the numerical method and the preliminary results of the calculations.
In this paper, some numerical methods recently developed for gas-liquid two-phase flows are reviewed. And then, a preconditioning method to solve cavitating flow by the author is introduced. This method employs a finite-difference Runge-Kutta method combined with MUSCL TVD scheme, and a homogeneous equilibrium cavitation model. So that it permits to treat simply the whole gas-liquid two-phase flow field including wave propagation, large density changes and incompressible flow characteristic at low Mach number. Finally, numerical results such as detailed observations of the unsteady cavity flows, a sheet cavitation break-off phenomena and some data related to performance characteristics of hydrofoils are shown.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.15
no.1
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pp.63-69
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2009
Gas volumetric fractions and pressure loss are very important parameters in understanding and predicting gas-liquid two-phase flows. They are also essential to design large heat exchanging system in many industries, boiler and refrigerating systems mounted at ships. This paper therefore presents a theoretical method of predicting the pressure loss and gas volumetric fractions in gas-liquid two-phase flows for the whole range of pipe inclinations. The theoretical analysis is based on the two-fluid stratified flow model. It also provides the results of the comparisons between this theoretical analysis results and previous experimental results.
A two-phase (gas and liquid) flow analysis solver, named CUPID, has been developed for a realistic simulation of transient two-phase flows in light water nuclear reactor components. In the CUPID solver, a two-fluid three-field model is adopted and the governing equations are solved on unstructured grids for flow analyses in complicated geometries. For the numerical solution scheme, the semi-implicit method of the RELAP5 code, which has been proved to be very stable and accurate for most practical applications of nuclear thermal hydraulics, was used with some modifications for an application to unstructured non-staggered grids. This paper is concerned with the effects of interpolation schemes on the simulation of two-phase flows. In order to stabilize a numerical solution and assure a high numerical accuracy, the second-order upwind scheme is implemented into the CUPID code in the present paper. Some numerical tests have been performed with the implemented scheme and the comparison results between the second-order and first-order upwind schemes are introduced in the present paper. The comparison results among the two interpolation schemes and either the exact solutions or the mesh convergence studies showed the reduced numerical diffusion with the second-order scheme.
The volume of fluid (VOF) model of FLUENT and the lattice Boltzmann method (LBM) are used to simulate two-phase flows. Both methods are validated for static and dynamic bubble test cases and then compared to experimental results. The VOF method does not reduce the spurious currents of the static droplet test and does not satisfy the Laplace law for small droplets at the acceptable level, as compared with the LBM. For single bubble flows, simulations are executed for various Eotvos numbers, Morton numbers and Reynolds numbers, and the results of both methods agree well with the experiments in the case of low Eotvos numbers. For high Eotvos numbers, the VOF results deviated from the experiments. For multiple bubbles, the bubble flow characteristics are related by the wake of the leading bubble. The coaxial and oblique coalescence of the bubbles are simulated successfully and the subsequent results are presented. In conclusion, the LBM performs better than the VOF method.
Kim, Tae-Kuk;Min, Dong-Ho;Yoon, Kyung-Beom;Chang, Hee-Chul
한국연소학회:학술대회논문집
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2006.10a
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pp.202-208
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2006
The purpose of this research is to model numerically the turbulent gas-particle flows in a rectangular chamber using Eulerian-Eulerian Method. A computer code using the ${\kappa}-{\varepsilon}-Ap$ two-phase turbulence model is developed for the numerical study. This code and the Eulerian multiphase model in FLUENT were used for the numerical simulations of the two-phase flow in a rectangular chamber. The numerical results calculated by the two different turbulent gas-particle codes have shown that the ${\kappa}-{\varepsilon}-Ap$ model results in a stronger diffusion of the flow momentum in the gas-particle turbulence interaction than the Eulerian multiphase model in FLUENT.
The present paper proposes a coupled volume-of-fluid (VOF) and level-set (LS) method for simulating incompressible two-phase flows that include surface tension effects. The interface of two fluids and its motion are represented by a VOF method designed using high-resolution differencing schemes. This hybrid method couples the VOF method with an LS distancing algorithm in an explicit way to improve the calculation of the normal and curvature of the interface. It is developed based on a rather simple algorithm to be efficient for various practical applications. The accuracy and convergence properties of the method are verified in a simulation of a single gas bubble rising in a three-dimensional flow with a large density ratio.
Two-phase flows, e.g. sediment-laden flow and bubbly flow, have two different flow profiles; flow velocity and sediment velocity. To measure velocity distributions of two-phase flows, it is necessary to use sophisticated instruments which can separate velocity profiles of two-phases. For bubbly flows, PIV (Particle Image Velocimetry) or PTV (Particle Tracking Velocimetry) has given fairly good velocity profiles of two-phases. However, for sediment-laden flows, the applications of PIV or PTV has not been so successful, because the sediment particles introduced to the flow kept the images from being analyzed. A new algorithm, which consists of several image analysis methods, is proposed to analyze sediment-laden flows. For detection algorithm, threshold method, edge detection method, and thinning method are adapted, and for finding matching pair PIV and PTV routines are combined. The proposed method can (1) detect sediment particles with irregular boundaries, (2) remove reflected images and scattered images, and (3) discriminate tracer particles from reflected images of sediment particles.
We developed a three dimensional Navier-Stokes code based on the level set method to simulate two phase flows with high density ratio. The Navier-Stokes equations with consideration of the surface tension effects are solved by using SIMPLE algorithm on a non-staggered grid. The present code is validated by simulating two test problems. First one is to simulate a rising bubble inside a cube. The thickness of the interface of the bubble is shown to affect the pressure distribution around the interface. As the thickness decreases, the pressure field around the interface becomes more oscillatory. As the bubble rises, a ring vortex is shown to form around the interface and the bubble eventually develops into an ellipsoidal shape. Merge of two bubbles inside a container is secondly tested to show the robustness of the present code for two phase flow simulation. Numerical results show stable and reliable behavior during the process of merging of two bubbles. The velocity and pressure fields around the interface of bubbles are shown oscillation free during the merging of two bubbles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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