A thermal-hydraulic code, named CUPID, has been developed for the analysis of transient two-phase flows in nuclear reactor components. A two-fluid three-field model was used for steam-water two-phase flows. To obtain numerical solutions, the finite volume method was applied over unstructured cell-centered meshes. In steam-water two-phase flows, a phase change, i.e., evaporation or condensation, results in a great change in the flow field because of substantial density difference between liquid and vapor phases. Thus, two-phase flows are very sensitive to the local pressure distribution that determines the phase change. This in turn puts emphasis on the accurate evaluation of local pressure gradient. This paper presents a new reconstruction method to evaluate the pressure gradient at cell centers on unstructured meshes. The results of the new scheme for a simple test function, a gravity-driven cavity, and a wall boiling two-phase flow are compared with those of the previous schemes in the CUPID code.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.9
s.240
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pp.1049-1056
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2005
A conservative pressure-based finite-volume numerical method has been developed for computing flow and heat transfer by using an unstructured grid system. The method admits arbitrary convex polyhedra. Care is taken in the discretization and solution procedures to avoid formulations that are cell-shape-specific. A collocated variable arrangement formulation is developed, i.e. all dependent variables such as pressure and velocity are stored at cell centers. Gradients required for the evaluation of diffusion fluxes and for second-order-accurate convective operators are found by a novel second-order accurate spatial discretization. Momentum interpolation is used to prevent pressure checkerboarding and the SIMPLE algorithm is used for pressure-velocity coupling. The resulting set of coupled nonlinear algebraic equations is solved by employing a segregated approach, leading to a decoupled set of linear algebraic equations fer each dependent variable, with a sparse diagonally dominant coefficient matrix. These equations are solved by an iterative preconditioned conjugate gradient solver which retains the sparsity of the coefficient matrix, thus achieving a very efficient use of computer resources.
A thermal-hydraulic code, named CUPID, has been developed for the analysis of transient two-phase flows in nuclear reactor components. A two-fluid three-field model was used for steam-water two-phase flows. To obtain numerical solutions, the finite volume method was applied over unstructured cell-centered meshes. In steam-water two-phase flows, a phase change, i.e., evaporation of condensation, results in a great change in the flow field because of substantial density difference between liquid and vapor phases. Thus, two-phase flows are very sensitive to the local pressure that determines the phase change. This in turn puts emphasis on the accurate evaluation of local pressure gradient. This paper presents a new numerical scheme to evaluate the pressure gradient at cell centers on unstructured meshes. The results of the new scheme for a simple test function a gravity-driven cavity, and a wall boiling two-phase flow are compared with those of the previous schemes in the cupid code.
A pressure-based, unstructured finite volume method has been applied to couple the chemical kinetics and fluid dynamics and to capture effectively and accurately the steep gradient flame field. The pressure-velocity coupling is handled by two methodologies including the pressure-correction algorithm and the projection scheme. A stiff, operator-split projection scheme for the detailed nonequilibrium chemistry has been employed to treat the stiff reaction source terms. The conservative form of the governing equations are integrated over a cell-centered control volume with collocated storage for all transport variables. Computations using detailed chemistry and variable transport properties were performed for two laminar reacting flows: a counterflow hydrogen-air diffusion flame and a lifted methane-air triple flame. Numerical results favorably agree with measurements in terms of the detailed flame structure.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.9
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pp.722-728
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2006
Natural convection flows in a cubical air-filled slanted cavity that has one pair of opposing faces isothermal at different temperatures, $T_h\;and\;T_c$, respectively, the remaining four faces having a linear variation from $T_c\;toT_h$ are numerically simulated by a solution code (PowerCFD) using unstructured cell-centered method. Special attention is paid to three-dimensional flow and thermal characteristics according to a new orientation (diamond type) for the cubical-cavity benchmark problem in natural convection. Comparisons of the average Nusselt number at the cold face are made with experimental benchmark solutions found in the literature. It is found that the code is capable of producing accurately the nature of the laminar convection in a cubical air-filled slanted cavity with differentially heated walls.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.6
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pp.435-442
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2009
Three-dimensional heat transfer characteristics for natural convection flows are numerically investigated in the doubly-inclined cubical-cavity according to the variation of a newly defined orientation angle �� of the hot wall surface from horizontal plane at moderate Rayleigh numbers. Numerical simulations of laminar flows are conducted in the range of Rayleigh numbers($10^4{\leq}Ra{\leq}10^5$) and $0^{\circ}{\leq}{\alpha}90^{circ}$ with a solution code(PowerCFD) employing unstructured cell-centered method. Comparisons of the average Nusselt number at the cold face are made with benchmark solutions and experimental results found in the literature. It is found that the average Nusselt number at the cold wall has a maximum value around the specified orientation ${\alpha}$ at each Rayleigh number. Special attention is also paid to three-dimensional thermal characteristics in natural convection according to new orientation angles at Ra��= $1{\times}10^5$, in order to investigate a new additional heat transfer characteristic found in the range of above Ra = $6{\times}10^4$.
Natural convection flows in a cubical air-filled cavity that has one pair of opposing faces isothermal at different temperatures, $T_h\;and\;T_c$ respectively, the remaining four faces having a linear variation from $T_c\;to\;T_h$ are numerically simulated by a solution code(PowerCFD) using unstructured cell-centered method. An extension to a previously published work, special attention of this work is paid to three-dimensional flow and thermal characteristics in nature convection according to new orientation at Ra= $1{\times}105$. Comparisons of the average Nusselt number at the cold face are made with benchmark solutions and experimental results found in the literature. It is demonstrated that the average Nusselt number on the cold face has a maximum value around the diamond-type inclination angle of $43.2^{\circ}\;at\;Ra=1{\times}105$. We also report the effect of new orientation on the type of flow and temperature structure in a cubical-cavity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.10
s.253
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pp.966-972
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2006
A numerical simulation is performed fur developing turbulent flow in a strongly curved 180 deg pipe and its downstream tangent by a new solution code(PowerCFD) which adopts an unstructured cell-centered method. The governing equations are discretized as the full elliptic from of the equations of motion. Three typical two-equation turbulence models of low-Reynolds-number form are used to approximate the turbulent stress field. Solutions fur both streamwise and circumferential velocity components are compared with the experimental data by Azzola et at.(1986). The ${\kappa}-{\omega}$ model by Wilcox(1988) is found to give better prediction performance than the other two. Predicted secondary velocities and streamwise velocity component contours at sequential longitudinal stations are also presented in order to enable a detailed description of the complete flow. It is also found that, in the bend both mean streamwise and secondary velocities never achieve a fully-developed state and the code is capable of producing very well the complex nature of steady flow in a strongly curved pipe.
The aerodynamic performance of a shrouded tail rotor in hover has been studied by using a compressible inviscid flow solver on unstructured meshes. The numerical method is based on a cellcentered finite-volume discretization and an implicit Gauss-Seidel time integration. The results show that the performance of an isolated rotor without shroud compares well with experiment. In the case of a shrouded rotor, correction of the collective pitch angle is made such that the overall performance matches with experiment to account for the uncertainties of the experimental model configuration. Details of the flow field compare well with the experiment confirming the validity of the present method.
An unstructured implicit Euler solver is parallelized on a Cray T3E. Spatial discretization is accomplished by a cell-centered finite volume formulation using an upwind flux differencing. Time is advanced by the Gauss-Seidel implicit scheme. Domain decomposition is accomplished by using the k-way n-partitioning method developed by Karypis. In order to analyze the parallel performance of the solver, flows over a 2-D NACA 0012 airfoil and 3-D F-5 wing were investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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