Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2006.05a
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pp.402-407
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2006
본 연구는 곡선좌표계에서 유한차분기법(finite difference method)을 이용하여 2차원 흐름이 모의가능한 수치모형을 개발하는 것이다. 기존의 연구는 대부분 직교좌표계(cartesian coordinate system)에서의 격자망을 대상으로 개발되고 적용되었기 때문에 불규칙한 흐름의 경계 및 형상을 올바로 표현하기 어려웠다. 유한요소법이나 유한체적법같은 수치모의기법들이 개발되어 비구조격자체계를 구성하고 자연현상에 가까운 경계 표현할 수 있도록 개발되었다. 하지만 위의 기법들은 질량과 운동량과 같은 물리량을 보존하기 위해서 매우 조밀한 격자체계를 가져야만 한다. 이에 본 연구에서는 기존의 문제점들을 해결하기 위하여 곡선좌표계(curvilinear coordinate system)를 이용하여 지배방정식을 표현하고 2차원 흐름을 모의할 수 있는 모형을 구축한다. 수치모형은 leap-frog기법과 1차 정확도의 풍상차분기법(upwind scheme)을 사용하여 구성하였다. 본 연구에서 개발된 모형을 사각수조 및 만곡수로흐름에 적용하여 모의결과를 해석해 및 실험관측값과 비교하였다. 이로부터 본 수치모형이 해석해 및 실측치와 잘 일치하고 있음을 알 수 있었다.
A method for the mixing augmentation of the transverse injection of fuel in a Scramjet combustor is suggested. Based on the fact that the main factor controlling the mixing characteristics in transverse injection is the effective back-pressure (the pressure around the injection hole) it is tried to make a flow expansion near the injection port in order to reduce effective back-pressure. A three dimensional Navier-Stokes code adopting the upwind method of Roe#s flux difference splitting scheme is used. The k-w SST turbulence model turbulence model is used to calculate the turbulent viscosity. It is shown that the reducing of the effective back-pressure make it possible to increase the penetration distance and to increase the mixing rate without excessive losses of stagnation pressure. Also, it is shown that the streamwise vorticity generated by baroclinic torque has great influences on the mixing process.
The projectile afterbodies for zero-lift drag reduction has been analyzed using the Navier-Stokes equations with the $\kappa-\epsilon$ turbulence model. The numerical method of a second order upwind scheme has been used on unstructured adaptive meshes. Base drag reduction methods that have been found effective on axisymmetric bodies include boattailing, base bleed, base comustion, locked vortex afterbodies and multistep afterbodies. In this paper, the charateristics of turbulence flow have been studied for geomeries of multistep afterbodies. The important geometrical and flow parameters relevant to the design of such afterbodies have been identified by number, length and height of step. The flow over multistep afterbodies has been analyzed including expansion waves, recompression waves, recirculating flow, shear flow and wake flow. The numerical results have been compared and analyzed with the experimental datum.
Two-dimensional steady flowfields generated by slot injection into supersonic flow are numerically simulated by the integration of Navier-stokes equation with two-equation $\kappa-\epsilon$ turbulence model. High-order upwind scheme is used on unstructured adaptive meshes. The numerical results are compared with experimental data in terms of surface static pressure distributions, the length of the upstream separation region, and the height of the Mach surface for steady flowfields with a Mach number of 3.71 and a unit Reynolds number of $5.83\times10^6/m$.
The incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are solved to predict the aerodynamic characteristics of an airship hull. The concept of pseudo-compressibility is employed to couple the pressure field with the velocity field. The upwind differencing method for spatial discretization and a line relaxation scheme for time integration are used. The flowfield around the low drag airship hull of fineness ratio 4 is solved for two Reynolds numbers with a wide range of angle of attack. The effect of Reynolds number and transition position is briefly examined together with the change in aerodynamic coefficients due to a gondola attached to the hull, and the results will be used as basic data for the design of a low drag airship hull.
A fundamental understanding of the flow around the wind turbine is important to investigate the performance of new type of wind turbine. This study presents the simulation of three dimensional flow fields around the Darius wind turbine as an example. Incompressible Navier-Stokes equations are used for this simulation. The rotating coordinate system that rotates in the same speed of the turbine is used in order to simplify the boundary condition on the blades. Additionally, the boundary fitted coordinate system is employed in order to express the shape of the blades precisely. Fractional step method is used to solve the basic equations. Third order upwind scheme is chosen for the approximation of the non-linear terms since it can compute the flow field stably even at high Reynolds number without any turbulence models. The flow fields obtained in this study are highly complex due to the three dimensionality and are visualized effectively by using the technique of the computer graphics.
For the analysis of compressible flow with real gas effect, characteristic form of Roe's Riemann solver was derived again using real gas equation of state and variable specific heal and it was extended to multi component reactive system. From this study, it is known that some correction should be made for the use of existing numerical algorithm. 1) Sonic speed and characteristic variable should be corrected with real gas effect. 2) Roe's average was applicable only with the assumption of constant properties. 3) Artificial damping term and characteristic variables should be corrected but their influence may not be significant.
The application of Large Eddy Simulation (LES) in a curvilinear coordinate system to the flow around a square cylinder is presented. In order to obtain sufficient resolution near the side of the cylinder, we use an O-type grid. Even with a curvilinear coordinate system, it is difficult to avoid the numerical oscillation arising in high-Reynolds-number flows past a bluff body, without using an extremely fine grid used. An upwind scheme has the effect of removing the numerical oscillations, but, it is accompanied by numerical dissipation that is a kind of an additional sub-grid scale effect. Firstly, we investigate the effect of numerical dissipation on the computational results in a case where turbulent dissipation is removed in order to clarify the differences between the effect of numerical dissipation. Next, the applicability and the limitations of the present method, which combine the dynamic SGS model with acceptable numerical dissipation, are discussed.
The behavior of the flow about gas atomizers with a supersonic nozzle containing an under-expanded or over-expanded jet is very important with respect to performance and stability characteristics. Since detailed experiments are expensive, computational fluid mechanics have been applied recently to various relating flow field. In this study, a higher order upwind method with the 3rd order MUSCL type TVD scheme is used to solve the full Reynolds Wavier-Stokes equations. To delineate the purely exhaust jet effects, the melt flow is not considered. Comparison is made with some experimental data in terms of density fields. The influence of the exhaust-jet-to freestream pressure ratio and the effect of the protrusion length of the melt orifice are studied. The present study leads us to believe that the computational fluid mechanics should be considered as powerful tool in predicting the gas atomizer flows.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2003.10a
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pp.108-113
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2003
The numerical research has been done for the transverse jet behind a rearward- facing step in turbulent supersonic flow without chemical reaction. The purpose of transverse jet is used to improve mixing of the fuel in the combustor. Two- dimensional unsteady flowfields generated by slot injection into supersonic flow are numerically simulated by the integration of Navier-Stokes equation with two-equation k - $\varepsilon$ turbulence model. Numerical methods are used high-order upwind TVD scheme. Eight cases are computed, comprising slot momentum flux ratios and slot position at downstream of the step. The flow is very similar to the cavity flow, because the jet is like an obstacle. Therefore, the numerical results show the periodic phenomenon.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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