This paper describes the flow visualization around the model of a commercial passenger airplane, Boeing 747-400, which cruises in the transonic speed. The geometry was realized through the reverse engineering based on the photogrammetry. The three-dimensional inviscid steady compressible governing equations are solved in the unstructured grid system under the cruise condition and in a finite volume method. The convective term is processed by the Crank-Nicholson scheme and first order upwind scheme is applied. The lift and drag forces in the wing with engines increase by 1.49% End 3.9%, respectively compared with the wing without engines.
The research to predict the resistance performance of the ship using the CFD analysis is increasing. For the CFD numerical analysis the computational mesh, which is proper to computational model, has to be made before the analysis is begun. In the parametric study, even though the deformation of each case is not very sharp, the whole computational mesh should be regenerated according to the conventional way. Hence, lots of effort is needed to repeated mesh generation work. To solve these problems, the automatic mesh generation method using the macro function of commercial CAD program and mesh generation program is introduced in this study. First, in the CAD program, by using the macro function and putting the deformation rate of bow and stern in lengthwise, the repeated modeling work is performed automatically. Next, the generated geometries are read by the mesh generation program and the proper mesh for the geometry is created automatically also using the macro function. The hybrid mesh which has unstructured grid near the bow and stern and structured grid in the remaining part of domain is used. The verification of the developed method is done by applying the method to predict the resistance performance of the podded propulsion cruise ship of the Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering (DSME) in the cases of different length of bow and stern and pod set in different position. The author believes that the introduced method can help to make the database to optimize the resistance performance of the ship in various cases can be constructed without difficulty.
In this paper automatic 3D wing shape modeling program is introduced. The program is developed in Visual Basic based on Net Framework 3.5 environment by using CATIA COM Library, and it is used together with CATIA system to model 3D wings with or without flaps. With this program users can easily construct wing models by specifying geometry parameters which are usually design variables with the aid of easy-to-use GUI environment, and specifying sectional airfoil data is done either by using analytic shape functions such as NACA series airfoils or by providing input files with point data describing the airfoil shape. When all the input parameters are provided, users can either work further with the model in the CATIA system which would be automatically started by the program or save the resultant model in the format of users choice. Unstructured grid generation program is also briefly described which can make grid generation task for a 3D wing easy and efficient one when used together with the wing modeling program by choosing STL format as the model's output format.
Seo, Jeong-Hwa;Seol, Dong-Myung;Lee, Ju-Hyun;Rhee, Shin-Hyung
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제2권3호
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pp.139-145
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2010
In the present study, we conducted resistance test, propeller open water test and self-propulsion test for a ship's resistance and propulsion performance, using computational fluid dynamics techniques, where a Reynolds-averaged Navier-Stokes equations solver was employed. For convenience of mesh generation, unstructured meshes were used in the bow and stern region of a ship, where the hull shape is formed of delicate curved surfaces. On the other hand, structured meshes were generated for the middle part of the hull and the rest of the domain, i.e., the region of relatively simple geometry. To facilitate the rotating propeller for propeller open water test and self-propulsion test, a sliding mesh technique was adopted. Free-surface effects were included by employing the volume of fluid method for multi-phase flows. The computational results were validated by comparing with the existing experimental data.
A simple, accurate and efficient mesh generation technique, the cut-cell method, is able to represent an arbitrarily complex geometry. Both structured and unstructured grid meshes are used in this method. First, the numerical domain is constructed with regular Cartesian grids as a background grid and then the solid boundaries or bodies are cut out of the background Cartesian grids. As a result, some boundary cells can be contained two numerical conditions such as the flow and solid conditions, where the special treatment is needed to simulate such physical characteristics. The HLLC approximate Riemann solver, a Godunov-type finite volume method, is employed to discretize the advection terms in the governing equations. Also, the TVD-WAF method is applied on the Cartesian cut-cell grids to stabilize numerical results. Present method is validated for the rectangular dam break problems. Initially, a conventional grid is constructed with the Cartesian regular mesh only and then applied to the dam-break flow simulation. As a comparative simulation, a cut-cell grids are applied to represent the flow domain rotated with arbitrary angles. Numerical results from this study are compared with the results from the case of the Cartesian regular mesh only. A good agreement is achieved with other numerical results presented in the literature.
건물 공간에 대한 연기 거동을 해석하기 위한 많은 실험이나 수치해석이 이루어져 왔고 그 중 공간과 공간을 연결해주는 복도 공간에 대한 연기거동을 해석하는 것 또한 매우 중요하다. 본 연구에서는 3차원 비 정렬 격자계, PISO 알고리즘, 부력 Plume 모델을 이용한 Field 모델을 이용하여 복도 공간에 대한 수치해석을 수행하여 얻은 온도장과 유동장 및 변수를 연기 퍼짐 시간과 연충 온도, 천장제트속도로 계산하여 한국기계연구원에서 실험한 결과와 비교하였다. 또한 Hinkley가 제안한 평균 연층 속도와 계산된 연층 속도를 비교하였다. 복도 공간 내에서 Soffit 주위의 유동특성을 파악하고 천장세트의 속도가 복도 향상, 화원으로부터의 거리, 발열량등에 영향을 받는다는 사실을 보여준다.
Computational Fluid Dynamics (CFD in short) approach is now playing an important role in the engineering process recently. Generating proper grid system for the region of interest in time is prerequisite for the efficient numerical calculation of flow physics using CFD approach. Grid generation is, however, usually considered as a major obstacle for a routine and successful application of numerical approaches in the engineering process. CFD approach based on the unstructured grid system is gaining popularity due to its simplicity and efficiency for generating grid system compared to the structured grid approaches. In this paper an automated triangular surface grid generation using CAD surface data is proposed According to the present method, the CAD surface data imported in the STL format is processed to identify feature edges defining the topology and geometry of the surface shape first. When the feature edges are identified, node points along the edges are distributed. The initial fronts which connect those feature edge nodes are constructed and then they are advanced along the CAD surface data inward until the surface is fully covered by triangular surface grid cells using Advancing Front Method. It is found that this approach can be implemented in an automated way successfully saving man-hours and reducing human-errors in generating triangular surface grid system.
Recent CFD solvers in engineering have to treat geometrically complex domains and moving body problems. In ship hydrodynamics, flow around the stern and ship motions in waves are examples of such cases mentioned before. The unstructured grid scheme is successfully applied for these problems, but it has weakness of inefficient memory usage and intensive computational time as compared to the structured grid method. Overset grid scheme is one of the alternatives for structured grid system taking advantage of fast and memory efficiency. Overset grid scheme is especially useful for moving body problem because there is no need to re-mesh around the body. In this paper, we adopted the Suggar++, the grid connectivity and interpolation utility for the overlapping grid, to WAVIS which is the in-house flow solver of KRISO. Then we introduced some applications using the overset grid method for flow analysis around the ships. The computed results show that WAVIS with Suggar++ is practically feasible and has an advantages for moving geometry cases.
A finite element code based on P2P1 tetra element has been developed for the large eddy simulation (LES) of turbulent flows around a complex geometry. Fractional 4-step algorithm is employed to obtain time accurate solution since it is less expensive than the integrated formulation, in which the velocity and pressure fields are solved at the same time. Crank-Nicolson method is used for second order temporal discretization and Galerkin method is adopted for spatial discretization. For very high Reynolds number flows, which would require a formidable number of nodes to resolve the flow field, SUPG (Streamline Upwind Petrov-Galerkin) method is applied to the quadratic interpolation function for velocity variables, Noting that the calculation of intrinsic time scale is very complicated when using SUPG for quadratic tetra element of velocity variables, the present study uses a unique intrinsic time scale proposed by Codina et al. since it makes the present three-dimensional unstructured code much simpler in terms of implementing SUPG. In order to see the effect of numerical diffusion caused by using an upwind scheme (SUPG), those obtained from P2P1 Galerkin method and P2P1 Petrov-Galerkin approach are compared for the flow around a sphere at some Reynolds number. Smagorinsky model is adopted as subgrid scale models in the context of P2P1 finite element method. As a benchmark problem for code validation, turbulent flows around a sphere and a MIRA model have been studied at various Reynolds numbers.
Effects of the reduced frequency of upstream wake on downstream unsteady boundary layer flow were simulated by using a Wavier-Stokes code. The Wavier-Stokes code is based on an unstructured finite volume method and uses a low Reynolds number turbulence model to close the momentum equations. The geometry used in this paper is the MIT flapping foil experimental set-up and the reduced frequency of the upstream wake is varied in the range of 0.91 to 10.86 to study its effect on the unsteady boundary layer flow. Numerical solutions show that they can be divided into two categories. One is so called the low frequency solution, and behaves quite similar to a Stokes layer. Its characteristics is found to be quite similar to those due to either a temporal or spatial wave. The low frequency solutions are observed clearly when the reduced frequency is smaller than 3.26. The other one is the high frequency solution. It is observed for the reduced frequency larger than 7.24. It shows a sudden shift of the phase angle of the unsteady velocity around the edge of the boundary layer. The shift of phase angle is about 180 degree, and leads to separation of the boundary layer flow from corresponding outer flow. The high frequency solution shows the characteristics of a temporal wave whose wave length is half of the upstream frequency. This characteristics of the high frequency solution is found to be caused by the strong interaction between unsteady vortices. This strong interaction also leads to destroy of the upstream wake strips inside the viscous sublayer as well as the buffer layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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