The flow past a circular cylinder forced to vibrate transversely is numerically simulated by solving the two-dimensional Wavier-Stokes equations modified by the vibration velocity of a circular cylinder at a Reynolds number of 164. The higher-order finite difference scheme is employed for the spatial discretization along with the second order Adams-Bashforth and the first order backward-Euler time integration. The calculated cylinder vibration frequency is between 0.60 and 1.30 times of the natural vortex-shedding frequency. The calculated oscillation amplitude extends to $25\%$ of the cylinder diameter and in the case of the lock-in region it is $60\%$. It is made clear that the cylinder oscillation has influence on the wake pattern, the time histories of the drag and lift forces, power spectral density and phase diagrams, etc. It is found that these results include both the periodic (lock-in) and the quasi-periodic (non-lock-in) state. The vortex shedding frequency equals the driving frequency in the lock-in region but is independent in the non-lock-in region. The mean drag and the maximum lift coefficient increase with the increase of the forcing amplitude in the lock-in state. The lock-in boundaries are also established from the present direct numerical simulation.
The eddy viscosity turbulence models were applied to predict the flows through a cascade, and the prediction performances of turbulence models were assessed by comparing with the experimental results for a controlled diffusion(CD) compressor blade. The original $\kappa-\omega$ turbulence model and $\kappa-\omega$ shear stress transport(SST) turbulence model were used as two-equation turbulence model which were enhanced for a low Reynolds number flow and the Baldwin-Lomax turbulence model was used as algebraic turbulence model. Farve averaged Wavier-Stokes equations in a two-dimensional, curvilinear coordinate system were solved by an implicit, cell-centered finite-volume computer code. The turbulence quantities are obtained by lagging when the men flow equations have been updated. The numerical analysis was made to the flows of CD compressor blade in a cascade at three different incidence angles (40. 43.4. 46 degrees). We found the reversion in the prediction performance of original $\kappa-\omega$ turbulence model and $\kappa-\omega$ SST turbulence model when the incidence angie increased. And the algebraic Baldwin-Lomax turbulence model showed inferiority to two-equation turbulence models.
Nonlinear flow-induced vibration characteristics of a generic missile wing (or control surface) are investigated in this study. The wing model has freeplay structural nonlinearity at its pitch axis. Nonlinear aerodynamic flows with unsteady shock waves are considered in the transonic flow region. To practically consider the effects of freeplay structural nonlinearity, the fictitious mass method (FMM) is applied to structural vibration analysis based on a finite element method (FEM). A computational fluid dynamics (CFD) technique is used for computing the nonlinear unsteady aerodynamics of all-movable wings. The aerodynamic analysis is based on the efficient transonic small-disturbance aerodynamic equations of motion using the potential-flow theory. To solve the nonlinear aeroelastic governing equations including the freeplay effect, a modal-based computational structural dynamic (CSD) analysis technique based on fictitious mass method (FMM) is used in time-domain. In addition, CSD and unsteady CFD techniques are simultaneously coupled to give accurate computational results. Various aeroelastic computations have been performed for a generic missile wing model. Linear and nonlinear aeroelastic computations have been conducted and the characteristics of flow-induced vibration are introduced.
In this study, performance, flow characteristics and noise of a cross-flow-fan system, used in indoor unit of the split-type air conditioner, were predicted by computational simulation. Triangular elements were used to mesh the calculation domain and quadrilateral elements were attached to the blade surfaces and walls to enhance the simulation quality. The unsteady incompressible Wavier-Stokes equations were solved using a sliding mesh technique on the interface between rotating fan region and the outside. Two stripes of velocity stream inside the cross-flow-fan were shown - the one was due to the eccentric vortex and the other was due to the normal entrance flow. As the flow rate increased, the center of the eccentric vortex moved toward the inner blade tip and rear-guide, and the exiting flow still had velocity variation along the stabilizer, which can increase the noise level. The acoustic pressure was calculated by using Lowson's equation. From the calculated acoustic pressure, it was found that the trailing edge is a dominant of acoustic generation.
With the advent of high performance computers and more efficient numerical algorithms, computational fluid dynamics(CFD) has come out as a modem alternative for reducing the use of wind tunnels test in automotive engineering. However, in spite of the fact that many competent researchers have made all their talents in developing turbulence model over since the past dozen or more years, it has been an important impediment in using the CFD effectively to design machinery and to diagnose or to improve engineering problems in the industry since the turbulence model has been acting as the Achilles' tendon in aspect of the reliability even to this time. In this study, Reynolds-averaged Wavier-Stokes equations were solved to simulate an incompressible turbulent flow around a bus-like bluff body near ground plane. In order to investigate the effect of the discretisation schemes and turbulence model on the aerodynamic forces several turbulence models with five convective difference schemes are adopted. From the results of this study, it is clear that choice of turbulence model and discretisation scheme profoundly affects the computational outcome. The results also show that the adoption of RNG $k-\varepsilon$ turbulence model and nonlinear quadratic turbulence model with the second order accurate discretisation scheme predicts fairly well the aerodynamic coefficients.
기저연소과정이 포함된 젯추진을 고려한 기저유출 탄의 기저저항특성 조사를 위해 전산모사를 수행했다. 전반적인 유체역학과정은 2방정식의 $k-\omega$ SST난류 모델을 포함하고 반응유동을 위해 나비아-스토크방정식으로 모델화 되었다. 연소과정은 부분적으로 연소된 BBU (base-bleed unit) 출구조건을 갖는 유한속도반응으로 모델화 했다. 기저저항과 로켓플륨이 있는 기저유동의 상호작용에 대해 본 전산유체 해석기 능력을 보여주므로, 본 연구는 복합추진탄의 유체역학적 그리고 연소과정에 대한 이해를 준다.
The differential pressure venturi-cone flowmeter is an advanced flowmeter which has many advantages such as wide range of measurement, high accuracy, excellent flow turn-down ratio, low headless, short installation pipe length requirement, and etc. Like other differential pressure flowmeters, the venturi-cone flowmeter uses the law of energy conservation, but its shape and position make it perform better than others. The cone acts as its own flow conditioner and mixer, fully conditioning and mixing the flow prior to measurement. For the analysis, we used Reynolds-averaged Wavier-Stokes equations and k-$\omega$ turbulence model. The equations were fully transformed into the computational domain, the pressure-velocity coupling was made through SIMPLER algorithm, and the equations were discretized using finite analytic solutions of the liberalized equations(Finite Analytic Method). To control the separation phenomenon on the cone surface, we proposed a new shape of cone, and analyzed the flowfield in the new flowmeter system, and found the improvement on the performance of the new cone flowmeter.
The hydraulic performance analysis of an entire pump system composed of an inducer, impeller, volute and seal for the application on turbopumps is performed using three-dimensional Wavier-Stokes equations. A quasi-steady mixing-plane method is used on the impeller/volute interface to simulate the unsteady interaction phenomena. From this wort the effects of each component on the pump performance are investigated at design and off-design conditions through the analysis of flow structures and loss mechanisms. The computational results are in a good agreement with experimental ones in terms of the headrise and efficiency even though very complex flow structures are present. It is found that the asymmetric pressure distribution along the volute wall constitutes the main reason of the difference between experimental and computational results due to the limitation of the applying the quasi-steady method. Since the volute was found to be over-designed according to the pressure distribution of the volute wall, redesign of the volute has been performed resulting in an improved performance characteristic.
The physical phenomena of rectangular open cavity are numerically investigated in this paper Two-dimensional cavity problems with laminar boundary layers in upstream are simulated by using the compressible Wavier-Stokes equations. The high-order and high-resolution numerical schemes are used for the evaluation of spatial derivatives and the time integration. Cross-correlation is used to analyze the characteristics of wave propagation along time and spatial. Sudden phase shifting of 90 degrees is appeared near downstream edge, and this is coincident with the phase lag suggested in original Rossiter's equation. The results give a further understanding of the physical phenomenon of noise generation, and the resonance of flow and acoustic in cavity. Moreover, modified Rossiter's equation, which is more accurate and can be applied in various conditions, is suggested. The distance from the point of vortex generation to the point of vortex collapsing acts as effective distance of cavity resonance, and the phase difference between the point of vortex collapsing and the point of acoustic source acts as phase lag. The mechanism of acoustic generation is fully understood in this paper. The mechanism of acoustic generation is fully understood in this paper.
Compressible gas flow through a convergent-divergent nozzle is choked at the nozzle throat under a certain critical pressure ratio, and then being no longer dependent on the pressure change in the downstream flow field. In practical, the flow field at the divergent part of the critical nozzle can affect the effective critical pressure ratio. In order to investigate details of flow field through a critical nozzle, the present study solves the axisymmetric, compressible, Wavier-Stokes equations. The diameter of the nozzle throat is D=8.26mm and the half angle of the diffuser is changed between $2^{\circ}\;and\;10^{\circ}$ Computational results are compared with the previous experimental ones. The results obtained show that the divergence angle is significantly influences the critical pressure ratio and the present computations predict the experimented discharge coefficient and critical pressure ratio with a good accuracy. It is also found that a nozzle with the half angle of $4^{\circ}$ nearly predicts the theoretical critical pressure ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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