Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is a Lagrangian computational fluid dynamics method that has been widely used in the analysis of physical phenomena characterized by large deformation or multi-phase flow analysis, including free surface. Despite the recent implementation of eddy-viscosity models in SPH methodology, sophisticated turbulent analysis using Lagrangian methodology has been limited due to the lack of computational performance and numerical consistency. In this study, we implement the standard and dynamic Smagorinsky model and dynamic Vreman model as sub-particle scale models based on a weakly compressible SPH solver. The large eddy simulation method is numerically identical to the spatial discretization method of smoothed particle dynamics, enabling the intuitive implementation of the turbulence model. Furthermore, there is no additional filtering process required for physical variables since the sub-grid scale filtering is inherently processed in the kernel interpolation. We simulate lid-driven flow under transition and turbulent conditions as a benchmark. The simulation results show that the dynamic Vreman model produces consistent results with experimental and numerical research regarding Reynolds averaged physical quantities and flow structure. Spectral analysis also confirms that it is possible to analyze turbulent eddies with a smaller length scale using the dynamic Vreman model with the same particle size.
The cargo containment system (CCS) for ships carrying cryogenic fluid consists of at least two levels of barriers and insulation layers. It is because, even though there is a small amount of leak through the primary barrier, the liquid tight secondary barrier blocks further leakage of the cryogenic fluid. However, once the secondary barrier is damaged, it is highly possible that the leaked cryogenic fluid flows through the flat joint made of glass wool and reaches the inner hull of the ship. The primary objective of the present study is to investigate the influence of the damage extent in the secondary barrier on the amount of leaked cryogenic fluid reaching the inner hull and the temperature distribution there. Simulation results using a computational fluid dynamics tool were compared with the experimental data for the leaked cryogenic fluid flow and evaporation in the secondary insulation layer. The experimental and computational results suggest that, unless there is a massive leak, the cryogenic fluid mostly evaporates in the insulation layer and does not reach the inner hull in the state of liquid.
An analytical study on BMFCS was carried out by employing the computational fluid dynamics(CFD) method. In this study, the commercial CFD code Fluent(ver. 5.5) was used, and many assumptions were adopted to simplify the situation in the fuel cell. From the simulation, many valuable informations were obtained in terms of distributions of velocity, pressure, temperature, density and current density over the flow field. And thus, it was anticipated that the simulation results were very helpful in developing DMFCs by facilitate optimization of structures of electrodes and flow field of the separator.
From the results of tracer test for the existing clearwell in Y water treatment plant, $T_{10}$ and T10/T were calculated as 150 min and 0.24, respectively. Therefore it required the modification schemes for improving hydraulic efficiency, surrogated by $T_{10}$ and $T_{10}$/T, and disinfection performance. In this study, using transient CFD(Computational Fluid Dynamics) simulation technique, tracer tests on dynamic condition for the suggested schemes were simulated. From the results of simulation, it was revealed that 8~6 baffles are necessary to guarantee the disinfection ability in the existing clearwell. Also, installing orifice baffle in the vicinity of inlet could increase plug flow fraction within clearwell.
Using 3D computational fluid dynamics techniques in recent years have shed significant light on the Vortex Induced Vibrations (VIV) encountered by deep-water marine risers. The fatigue damage accumulated due to these vibrations has posed a great concern to the offshore industry. This paper aims to present an algorithm to predict the crossflow and inline fatigue damage for very long (L/D > $10^3$) marine risers using a Finite-Analytical Navier-Stokes (FANS) technique coupled with a tensioned beam motion solver and rainflow counting fatigue module. Large Eddy Simulation (LES) method has been used to simulate the turbulence in the flow. An overset grid system is employed to mesh the riser geometry and the wake field around the riser. Risers from NDP (2003) and Miami (2006) experiments are used for simulation with uniform, linearly sheared and non-uniform (non-linearly sheared) current profiles. The simulation results including inline and crossflow motion, modal decomposition, spectral densities and fatigue damage rate are compared to the experimental data and useful conclusions are drawn.
Background: As one of the most frequently occurring accidents in a chemical plant, a fire accident may occur at any place where transfer or handling of combustible materials is routinely performed. Methods: In particular, a jet fire incident in a chemical plant operated under high pressure may bring severe damage. To review this event numerically, Computational Fluid Dynamics methodology was used to simulate a jet fire at a pipe of a compressor under high pressure. Results: For jet fire simulation, the Kemeleon FireEx Code was used, and results of this simulation showed that a structure and installations located within the shelter of a compressor received serious damage. Conclusion: The results confirmed that a jet fire may create a domino effect that could cause an accident aside from the secondary chemical accident.
In order to suggest the methodology for achieving anti-vortex device within multi pump intake well, CFD(Computational Fluid Dynamics) simulation were conducted for two alternative suggestions. Multi-intake sump model with anti-vortex device basins were designed and the characteristics of submerged vortex were investigated in the flow field by numerical simulation. From the results of simulations, to install the horizontal plate and vertical cross plates within basins were effective for preventing air-induction vortex.
Park, Jeong-Hoon;Shin, Myung-Sub;Jeon, Yun-Ho;Kim, Yeon-Gyu
한국해양공학회지
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제35권2호
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pp.99-112
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2021
The prediction of maneuverability is very important in the design process of an underwater vehicle. In this study, we predicted the steady turning ability of a symmetrical underwater vehicle while considering interactions between the yaw rate and drift/rudder angle through a simulation-based methodology. First, the hydrodynamic force and moment, including coupled derivatives, were obtained by computational fluid dynamics (CFD) simulations. The feasibility of CFD results were verified by comparing static drift/rudder simulations to vertical planar motion mechanism (VPMM) tests. Turning motion simulations were then performed by solving 2-degree-of-freedom (DOF) equations with CFD data. The turning radius, drift angle, advance, and tactical diameter were calculated. The results show good agreement with sea trial data and the effects on the turning characteristics of coupled interaction terms, especially between the yaw rate and drift angle.
최근 컴퓨터 성능 향상과 더불어 대규모 클러스터 서비스가 기존의 산업 및 연구기관뿐만 개인에게도 제공되고 있으며, 막대한 계산 성능을 이용한 공학 설계 활용은 빠르게 증가하고 있다. 이에 조선 해양 산업에서는 많은 계산 비용이 요구되는 전산유체역학 기법을 선박 및 해양구조물 설계에 활용하려는 노력이 증가하고 있다. 선박 및 해양구조물과 같은 부유체는 대양에서 해양파, 조류, 바람과 같은 환경 외란에 노출되어 있으며 이러한 환경 외란은 전산유체역학에서 고정도 모델링이 필요하다. 특히 해양파의 경우 비선형 전산유체역학의 특성상 기존의 선형 중첩법에서 벗어난 비선형 해양파가 고려되어야 한다. 본 연구에서는 이러한 비선형 해양파 수치 모사를 위해 고속 재현 기법을 제안하고 전산유체역학 기법을 활용하여 검증을 수행하였다.
본 연구는 물탱크 내부의 사류구역 최소화에 목적을 두고 진행하였으며 입수관의 형태를 개선하여 물탱크 내부에서 발생하는 유동특성을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)모사 기법을 이용하여 분석 하였다. 기존에 물탱크에 사용되던 자유낙하 방식의 입수관을 다공형 스크류 노즐 입수관으로 개선하고 유동 특성을 분석한 결과 노즐 안에 스크류 날개가 설치된 경우 유동흐름의 폭이 넓게 분사 되었으며 원통형 물탱크 내부에서도 넓은 유동 흐름이 나타났다. 또한 사각형 물탱크에 다공형 스크류 노즐 입수관이 1개 설치되어 있을 경우와 2개 설치되어있을 경우의 유동해석과 추적자모의를 수행하였으며 그 결과 입수관을 2개 설치할 경우 MODAL, MORILL index값이 1에 가깝게 나타나 Plug Flow 특성에 근접하단 결과를 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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