A general purpose program NUFLEX has been extended for two-phase flows with topologically complex interface and cavitation flows with liquid-vapor phase change caused by large pressure drop. In analysis of two-phase flow, the phase interfaces are tracked by employing a LS(Level Set) method. Compared with the VOF(Volume-of-Fluid) method based on a non-smooth volume-fraction function, the LS method can calculate an interfacial curvature more accurately by using a smooth distance function. Also, it is quite straightforward to implement for 3-D irregular meshes compared with the VOF method requiring much more complicated geometric calculations. Also, the cavitation process is computed by including the effects of evaporation and condensation for bubble formation and collapse as well as turbulence in flows. The volume-faction and continuity equations are adapted for cavitation models with phase change. The LS and cavitation formulation are implemented into a general purpose program for 3-D flows and verified through several test problems.
Kim, Do-Sam;Kim, Tag-Gyeom;Shin, Bum-Shick;Lee, Kwang-Ho
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.32
no.1
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pp.1-10
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2020
The application of multiphase flows is increasingly being applied to analyze phenomena such as single phase flows where the fluid boundary changes continuously over time or the problem of mixing a liquid phase and a gas phase. In particular, multiphase flow models that take into account incompressible Newtonian fluids for liquid and gas are often applied to solve the problems of the free water surface such as wave fields. In general, multi-phase flow models require time-based the surface tracking of each fluid's phase boundary, which determines the accuracy of the final calculation of the model. This study evaluates the advection performance of representative VOF-type boundary tracking techniques applied to various CFD numerical codes. The effectiveness of the FCT method to control the numerical flux to minimize the numerical diffusion in the conventional VOF-type boundary tracking method and advection calculation was mainly evaluated. In addition, the possibility of tracking performance of free surface using CIP method (Yabe and Aoki, 1991) was also investigated. Numerical results show that the FCT-VOF method introducing an anti-diffusive flux to precent excessive diffusion is superior to other methods under the confined conditions in this study. The results from this study are expected to be used as an important basic data in selecting free surface tracking techniques applied to various numerical codes.
In the present study, a numerical analysis on the sloshing in a tank with the harmonic motion was investigated. A VOF method was used for two-phase flows inside the sloshing tank and a source term of the momentum equation was applied for the harmonic motion. This numerical method was verified by comparing its results with the available experimental data. The sloshing in a tank causes the instability of the fluid flows and the fluctuation of the impact pressure on the tank. By these phenomena of the tank sloshing, the sloshing problems such as the failure and the noise of system can be generated. For the reduction of these sloshing problems, the various baffles such as the horizontal/vertical plate baffles and the porous baffles inside the tank are installed. With the installations of these baffles, the characteristics of the liquid behavior in the sloshing tank, the impact pressure on the wall, the amplitude of the free surface near the wall and the sloshing noise were numerically analyzed.
The sloshing tank causes the instability of the fluid flows and the fluctuation of the impact pressure by the liquid on the tank. These flow characteristics inside the sloshing tank can generate the uncomfortable sloshing noise. In the present study, a numerical analysis for the reduction of a fuel tank sloshing noise was performed. To simulate the flow characteristics in a sloshing tank with partially filled liquid, a VOF method was used for interfacial flows by applying a momentum source term for the sloshing motion in a non-inertial reference frame. This numerical method was verified by comparing its results with the available experimental data. For the reduction of the sloshing noise, the horizontal and vertical baffles and porous media inside a sloshing tank were considered and numerically analyzed in the present study. For various installations of these baffles and porous media, the characteristics of the liquid behavior in the sloshing tank were obtained along with the impact pressure on the wall and the height of the free surface along the wall. These basic results can be used for the design of the actual vehicular fuel tank with the reduced sloshing noise.
A Computational Fluid Dynamics model is presented in this study for the simulation of the complex fluid flows with free surfaces inside the Tuned Liquid Column Dampers in horizontal motion. The characteristics of the fluid model of the TLCD in horizontal motion include the free surface of the multiphase flow and the horizontal moving frame. In this study, the time depend unsteady Standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model based on Navier-Stokes equations is chosen. The volume of fluid (VOF) method and sliding mesh technique are adopted to track the free surface of water inside the vertical columns of TLCD and treat the moving boundary of the walls of TLCD in horizontal motion. Several model solution parameters comprising different time steps, mesh sizes, convergence criteria and discretization schemes are examined to establish model parametric independency results. The simulation results are compared with the experimental data in the dimensionless amplitude of the water column in four different configured groups of TLCDs with four different orifice areas. The predicted natural frequencies and the head loss coefficient of TLCDs from CFD model are also compared with the experimental data. The predicted numerical results agree well with the available experimental data.
Ha Man-Yeong;Kim Cheol-Hwan;Jung Yong-Won;Heo Seong-Geun
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.6
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pp.840-848
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2006
We carried out numerical studies to investigate the single- and two-phase flow characteristics in the single- and multi-channels. We used the finite volume method to solve the mass and momentum conservation equations. The volume of fluid model is used to predict the two-phase flow in the channel. We obtained the distribution of velocity fields, pressure drop and air volume fraction for different water mass flow rates. We also calculated the distribution of mass flow rates in the multi-channels to understand how the flow is distributed in the channels. The calculated results for the single- and two-phase flow are partly compared with the present experimental data both qualitatively and quantitatively, showing relatively good agreement between them. The numerical scheme used in this study predicts well the characteristics of single-and two-phase flow in a multi-channel.
A general purpose program for computing 3-D flows has been extended for two-phase flows with topologically complex interfaces. The 3-D interfaces are tracked by employing a coupled level set and volume-of-fluid (CLSVOF) method which not only can calculate an interfacial curvature accurately but also can achieve mass conservation well. The program has been tested through the computations of bubbles rising in a liquid. The numerical results are found to compare well with the results reported in the literature.
Spacer grid with mixing vane had been widely used in nuclear reactor core. One of the main feather of spacer grid with mixing vane was that strong swirl flow was formed after the spacer grid. The swirl flow not only changed the bubble generation in the near wall field, but also affected the bubble behaviors in the center region of the subchannel. The interaction between bubble and the swirl flow was one of the basic phenomena for the two phase flow modeling in fuel assembly. To obatin better understanding on the bubble behaviors in swirl flow, full three dimension numerical simulations were conducted in the present paper. The swirl flow was assumed in the cylindral calculation domain. The bubble interface was captured by Volume Of Fluid (VOF) method. The properties of saturated water and steam at different pressure were applied in the simulation. The bubble trajectory, motion, shape and force were obtained based on the bubble parameters captured by VOF. The simulation cases in the present study included single bubble with different size, at different angular velocity conditions and at different pressure conditions. The results indicated that bubble migrated to the center in swirl flow with spiral motion type. The lateral migration was mainly related to shear stress magnitude and bubble size. The bubble moved toward the center with high velocity when the swirl magnitude was high. The largest bubble had the highest lateral migration velocity in the present study range. The effect of pressure was small when bubble size was the same. The prelimenery simulation result would be beneficial for better understanding complex two phase flow phenomena in fuel assembly with spacer grid.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.20
no.1
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pp.1-13
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2008
In the present work, wave transformation by vertical columns and its wave forces acting on them are discussed using a direct 3-D numerical model based on the VOF (Volume Of Fluid) method. The numerical results for wave transformations and wave forces are critically compared to an advanced experimental data, and provide the verification of the numerical model used in the present study. Overall model-data comparisons are good. After verification of the numerical model, it is used to simulate wave fields around dual vertical columns with arbitrary cross section, and the characteristics of nonlinear wave forces and wave transformations according to the variations of different cross section types of vertical columns, an interval of vertical columns and incident wave angle are discussed.
In this study, the resistance performances of barge are analyzed by model tests and computation using CFD to investigate the flow characteristics around a barge in still water. The model tests are carried out in infinite depth in Inha Technical College Circulation Tank to observe the resistance and the numerical simulations based on VOF(Volume of Fluid) method are performed to analyze the flow around the barge. We have selected two barge models to investigate the flow characteristics according to the different type of barges. The experiments are carried out with the models from 5kts to 10kts(designed speed 7kts) considering the effect of adverse and favorable current. The numerical simulations are performed to analyze the flow and resistance characteristics of barge in the full loaded condition with the target speed and compared with the experimental data to confirm the reliability of the numerical method. The result was that the difference of resistance with 25% occurred at low speed and EHP increased rapidly from 7kts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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