A new and efficient implicit scheme is proposed to obtain a steady-state solution in time integration and the comparison of characteristics with the approximation ways for the implicit method to solve the incompressible Navier-Stokes equations is provided. The conservative, finite-volume cell-vertex upwind scheme and artificial compressibility method using dual time stepping for time accuracy is applied in this paper. The numerical results obtained indicate that the direct application of Jacobian matrix to the Lower and upper sweeps of implicit LU-SGS leads to better performance as well as convergence regardless of CFL number and true time step than explicit scheme and approximation of Jacobian matrix. The flow simulation around box in uniform flow with unstructured meshes is demonstrated to check the validity of the current formulation.
본 논문에서는 점성유동에 미치는 자유표면의 영향을 조사하기 위하여 자유표면을 수직으로 관통하는 원통 주위의 유동을 수치 시뮬레이션 하였다. 수치해석 방법으로서 Artificial Compressibility Method를 사용하였으며, 계산은 낮은 레이놀드수의 영역에 국한하였다. 계산결과는 자유표면에 가까운 유체영역에서 유선, 점성항력 등에 적지않은 영향이 있음을 보여주고 있다. 자유표면의 존재는 물체 후류 중의 와류를 물체로 부터 분리시키는 방향으로, 점성항력을 감소시키는 방향으로 작용하는 것으로 보인다.
This study aimed to identify changes in the physical properties of artificial mineral-fiber materials used as building insulation that had been installed in the outer walls of buildings for a long time. To achieve this goal, glass fiber and rock wool were collected from outer walls in actual buildings and their acoustic and thermal performances were measured. These were compared with measurements from similar products manufactured recently. The results showed that old, used samples had a lower sound absorption coefficient compared to recently manufactured materials. The old samples also displayed increased compressibility compared to new materials. For example, the compressibility difference for glass wool was 7.32 mm. Old samples had a dynamic stiffness $1.28MN/m^3$ higher than new material samples. The thermal conductivity of both old and new samples increased within creasing temperature. They showed similar results at temperatures between 0 and $20^{\circ}C$.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제24권1호
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pp.31-40
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2000
This paper describes the numerical computations of the interaction between the streamwise vortex and a flat plate 3-D turbulent boundary layer. In the present study, the main interest is in the behavior of the streamwise vortices introduced in turbulent boundary layers. The flow behind a vortex generator is modeled by the information that is avilable from studies on the dalta winglet. An algorithm of the solution of the incompressible Navier-Stokes equations for three-dimensional turbulent flows, together with a two layer turbulent model to resolve the near-wall flow, is based on the method of artificial compressibility. The present results show boundary layer distortion due to vortices, such as strong spanwise flow divergence and boundary thinning, and have a good agreement with the experimental data.
This article deals with implementation of a high-order finite difference scheme for numerical solution of the incompressible Navier-Stokes equations on curvilinear grids. The numerical scheme is based on pseudo-compressibility approach. A fifth-order upwind compact scheme is used to approximate the inviscid fluxes while the discretization of metric and viscous terms is accomplished using sixth-order central compact scheme. An implicit Euler method is used for discretization of the pseudo-time derivative to obtain the steady-state solution. The resulting block tridiagonal matrix system is solved by approximate factorization based alternating direction implicit scheme (AF-ADI) which consists of an alternate sweep in each direction for every pseudo-time step. The convergence and efficiency of the method are evaluated by solving some 2D benchmark problems. Finally, computed results are compared with numerical results in the literature and a good agreement is observed.
In order to simulate a free surface flow in a trench channel, a three-dimensional incompressible unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations are closed with the ${\kappa}-{\epsilon}$ model. The artificial compressibility (AC) method is used. Because the pressure fields can be coupled directly with the velocity fields, the incompressible Navier-Stokes (INS) equations can be solved for the unknown variables such as velocity components and pressure. The governing equations are discretized in a conservation form using a second order accurate finite volume method on non-staggered grids. In order to prevent the oscillatory behavior of computed solutions known as odd-even decoupling, an artificial dissipation using the flux-difference splitting upwind scheme is applied. To enhance the efficiency and robustness of the numerical algorithm, the implicit method of the Beam and Warming method is employed. The treatment of the free surface, so-called interface-tracking method, is proposed using the free surface evolution equation and the kinematic free surface boundary conditions at the free surface instead of the dynamic free surface boundary condition. AC method in this paper can be applied only to the hydrodynamic pressure using the decomposition into hydrostatic pressure and hydrodynamic pressure components. In this study, the boundary-fitted grids are used and advanced each time the free surface moved. The accuracy of our RANS solver is compared with the laboratory experimental and numerical data for a fully turbulent shallow-water trench flow. The algorithm yields practically identical velocity profiles that are in good overall agreement with the laboratory experimental measurement for the turbulent flow.
An incompressible flow stover based on the unstructured finite volume method has been developed. The flow domain is discretized by triangles in 2D or tetrahedra in 3D. The convective and viscous fluxes are obtained using edge connectivities of the unstructured meshes. The pressure-velocity coupling is handled by the artificial compressibility algorithm due to its computational efficiency associated with the hyperbolic nature of the resulting equations. Laminar test flow problems are computed and presented with a comparison against other numerical solutions or experimental results.
Based on the full Navier-Stokes solutions, the thermohydrodynamic performance of a long journal bearing is investigated. A numerical method based on Galerkin's procedure and B-spline test functions has been presented for solving two-dimensional problems involving fluid flow and heat transfer. For numerical stability the artificial compressibility is employed to the conservation of mass. The discretized algebraic equations are solved by Newton's method. Effects of varying the speed of an inner cylinder to load carrying capacity are investigated. The results indicated that the increase of the speed of an inner cylinder has a significant effect on the temperature profile and ultimately on the performance.
This paper describes the air flow characteristics inside the throttle valve. Tow-dimensional steady incompressible Navier-Strokes equation are solved numerically with embedding the conceopt of the artificial compressibility and adopting the Baldwin-Lomax turbulence model. With varying the valve opening angles(the Reynolds number )such as 15$^{\circ}$(5000) , 45$^{\circ}$(3000) , 75$^{\circ}$(7000) and 90$^{\circ}$(10000), respectively. tow cases, with a valve shaft and without one, are analysed. The pressure loss between the entrance and exit is severe at 15$^{\circ}$, 100 times as larger as that of 90$^{\circ}$ case, which also depends much on the existece of the valve shaft. The counter rotating vortices are formed over the valve plate with the shaft at only 75$^{\circ}$. They are smally and very large scale in front and back of the valve shaft , respectively. The velocity profiles of 15$^{\circ}$ and 90$^{\circ}$ at the exit are almost symmetric to the horizontal center line, however, the symmetricity is no longer maintained at 45$^{\circ}$ and 75$^{\circ}$ , and in addition, the flow at 75$^{\circ}$ is enforced a lot below center line. The pressure distribution on the walls is largely changed near the valve shaft, and its magnitude becomes great as the valve angle decreases.
본 연구에서는 저마하수 예조건화 기법이 적용된 기존 압축성 해석자의 해석 범위를 최소한의 수정으로 비압축성 유동해석이 가능하도록 확장하는 전략을 제시하였다. 이를 위해 압축성 총 에너지 방정식과 동일한 형태의 에너지 방정식을 사용하였다. 이러한 에너지 방정식은 비압축성 지배방정식인 연속방정식, 열에너지 방정식과 역학적 에너지방정식의 선형 조합을 통해 얻어진다. 이렇듯 압축성 방정식과 동일한 형태를 갖는 비압축성 지배방정식에 시간 전진 기법을 적용하기 위해 Turkel의 가상 압축성 기법을 적용하였다. 또한 Roe 평균이 공통의 압축성/비압축성 지배방정식에서 모두 유효함을 보였다. 압축성 해석자에 위 내용을 적용하여 비압축성 해석이 가능하도록 확장하는 과정은 본래의 압축성 해석자를 이용한 압축성 해석에 아무런 영향이 없다. 확장된 해석자를 통한 비압축성 해석 검증을 위해 비점성, 층류 그리고 난류 유동에 대한 순차적 해석을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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