The bow wave breaking and the viscous interaction of stern wave are studied by simulating the free-surface flows. The Navier-Stokes equation is solved by a finite difference method in which the body-fitted coordinate system, the wall function and the triple-grid system are invoked. After validation, the calculations are extended to turbulent flows. The wave elevation at the Reynolds number of $10^4$ is much less than that at $10^6$ although the Froude number is the same. The numerical appearance of the sub-breaking waves is qualitatively supported by experimental observation. They are also applied to study the stern flow of S-103 for which extensive experimental data are available. Although the interaction between separation and the stern wave generation are not yet clear, the effects of the bow wave on the development of the boundary layer flows are concluded to be significant.
Three structure-dependent integration methods with no numerical dissipation have been successfully developed for time integration. Although these three integration methods generally have the same numerical properties, such as unconditional stability, second-order accuracy, explicit formulation, no overshoot and no numerical damping, there still exist some different numerical properties. It is found that TLM can only have unconditional stability for linear elastic and stiffness softening systems for zero viscous damping while for nonzero viscous damping it only has unconditional stability for linear elastic systems. Whereas, both CEM and CRM can have unconditional stability for linear elastic and stiffness softening systems for both zero and nonzero viscous damping. However, the most significantly different property among the three integration methods is a weak instability. In fact, both CRM and TLM have a weak instability, which will lead to an adverse overshoot or even a numerical instability in the high frequency responses to nonzero initial conditions. Whereas, CEM possesses no such an adverse weak instability. As a result, the performance of CEM is much better than for CRM and TLM. Notice that a weak instability property of CRM and TLM might severely limit its practical applications.
Despite the high cost of memory and CPU time required to resolve the boundary layer, a viscous unstructured grid solver has many advantages over a structured grid solver such as the convenience in automated grid generation and vortex capturing by solution adaption. In present study, an unstructured Cartesian grid solver is developed on the basis of the existing Euler solver, NASCART-GT. Instead of cut-cell approach, immersed boundary approach is applied with ghost cell boundary condition, which can be easily applied to a moving grid solver. The standard $k-{\varepsilon}$ model by Launder and Spalding is employed for the turbulence modeling, and a new wall function approach is devised for the unstructured Cartesian grid solver. Developed approach is validated and the efficiency of the developed boundary condition is tested in 2-D flow field around a flat plate, NACA0012 airfoil, and axisymmetric hemispheroid.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.13
no.2
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pp.73-86
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2009
The problem of thermal stability of an exothermic reactive viscous fluid between two parallel walls in the plane Poiseuille and Couette flow configurations is investigated for different thermal boundary conditions. Neglecting reactant consumption, the closed-form solutions obtained from the momentum equation was inserted into the energy equation due to dissipative effect of viscosity. The resulting energy equation was analyzed for criticality using the variational method technique. The problem is characterized by two parameters: the Nusselt number(N) and the dynamic parameter($\Lambda$). We observed that the thermal and dynamical boundary conditions of the wall have led to a significant departure from known results. The influence of the variable pre-exponential factor, due to the numerical exponent m, also give further insight into the behavior of the system and the results expressed graphically and in tabular forms.
A numerical study of unsteady mixed convection in a cavity with high viscous fluid is presented. Finite volume method was employed for the discretization and PISO algorithm was used for calculating pressure term. The parameters governing the problem are the Rayleigh number ($10^3\;{\leq}\;Ra\;{\leq}\;10^5$), the Reynolds number (0 < Re $\leq$ 1), and the aspect ratio (0.5 $\leq$ AR $\leq$ 2). The fluid used is silicon oil, a high prandtl number fluid, Pr = 909.1. The results show velocity vectors and temperature distributions. It is found that the periodic flows in a cavity are observed at very low Reynolds numbers, and the period of periodic flow decreases with increasing Reynolds and Rayleigh numbers, and increases with increasing aspect ratio. Also, the Reynolds number range of periodic flow increases with increasing Rayleigh numbers and aspect ratio.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1999.03b
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pp.253-256
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1999
The Streamline Upwind Petrov-Galerkin(SUPG) finite element method is used to solve the two-dimensional laminar and turbulent flow. The flow is simulated by averaged Navier-Stokes equations with a penalty function approach and the lograithmic(k-$\varepsilon$) turbulent model is employed to take into account its turbulent behavior. The near-wall viscous sub-layer model is employed to approach the dominant viscous effects in the near wall zones. To find a good-enough initial guess of the Newton-Raphson iteration solving Nonlinear Matrix the Incremental method is considered for momentum and the Incomplete logarithmic turbu-lent equations for Turbulence. The validation of our method is investigated in comparision with published experimental data.
We report in this paper the analysis of the motion of a needle and a spring in a viscous fluid under the influence of gravitational force. Lateral shift as well as vertical motion of a needle falling in a viscous fluid has been observed from a simple experiment. We also observed the combined rotation and translation of a falling spring. The trajectory and velocity of the falling needle and the spring were obtained by using an image processing technique. We also conducted numerical simulation for both problems. For the falling-needle problem, we employed a theory; but it turns out that significant correction is required for the solutions to match the numerical and experimental data. For the falling spring problem various theoretical formula were tested for their justification, but none of the existing theories can successfully predict the numerical and experimental results.
In the present study, a fast grid deformation technique has been incorporated into the unsteady compressible and incompressible viscous flow solvers on unstructured hybrid meshes. An algebraic method based on the basis decomposition of normal edge vector was used for the deformation of viscous elements, and a ball-vertex spring analogy was adopted for inviscid elements among several spring analogy methods due to its robustness. The present method was validated by comparing the results obtained from the grid deformation and the rigid motion of entire grids. Fish swimming motion of an NACA0012 airfoil and flapping wing motion of a generic fighter were also simulated to demonstrate the robustness of the present grid deformation technique.
In this paper a new smoothing method of unstructured viscous grid which can be useful when the ALM(Advacning Layer Method) method is used to generate volume grids of prism cells starting with unstructured triangular surface grids. According to the new method two layers of prism cells in the advancing direction which are found by the vector smoothing method are first generated, and then the position of nodes along the middle layer are adjusted by using spring analogy. It is found that the proposed method improves grid quality of the unstructured viscous volume grids for body shape with convex and concave corners.
Interaction behaviors of high-speed compressible viscous flow and thermal-structural response of structure are presented. The compressible viscous laminar flow behavior based on the Navier-Stokes equations is predicted by using an adaptive cell-centered finite-element method. The energy equation and the quasi-static structural equations for aerodynamically heated structures are solved by applying the Galerkin finite-element method. The finite-element formulation and computational procedure are described. The performance of the combined method is evaluated by solving Mach 4 flow past a flat plate and comparing with the solution from the finite different method. To demonstrate their interaction, the high-speed flow, structural heat transfer, and deformation phenomena are studied by applying the present method to Mach 10 flow past a flat plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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