Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.4
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pp.265-273
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2014
Wave-body interaction is simulated using a developed code based on the flux-difference splitting scheme for immiscible and incompressible fluids and the hybrid Cartesian/immersed boundary method. A free surface is captured as a moving contact discontinuity within a fluid domain and an approximated Riemann solver is used to estimate the inviscid flux across the discontinuity. Immersed boundary nodes are identified inside an instantaneous fluid domain near a moving body, then dependent variables are reconstructed at those immersed boundary nodes based on interpolation along local normal lines to the boundary. Free surface flows around an oscillating cylinder are simulated and the computed wave elevations are compared with other reported results. The generation of a solitary wave by a moving wave-maker is simulated and the time histories of wave elevations at two different points are compared with other results. The developed code is applied to simulate body motion of an elastically mounted circular cylinder as a solitary wave passes the body. The force acting on an elastically mounted cylinder is compared with the force acting on a fixed cylinder. Grid independency of the computed body motion is established based on a comparison of results using three different-size grids.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.12
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pp.924-930
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2008
Immersed boundary method (IBM) is the most effective method to overcome the disadvantage of LBM (Lattice Boltzmann Method) related to the limitation of the grid shape. IBM also make LBM possible to simulate flow over complex shape of obstacle without any treatment on the curved boundary. In the research, IBLBM was used to perform LBM simulation of a flow over a moving circular cylinder to determine the flow feature and aerodynamics characteristic of the cylinder. To ascertain the applicability of IBLBM on the moving obstacle near the wall, it was first simulated for the case of the flow over a fixed circular cylinder in a channel and the results were compared against the solution of moving cylinder in the channel using IBLBM. The simulations were performed in a moderate range of Reynolds number at each moving cylinder to identify the flow feature and aerodynamic characteristics of circular cylinder in a channel. The drag and lift coefficients of the cylinder were calculated from the simulation results. We have numerically confirmed that the critical Reynolds number for vortex shedding is Re=50 and the result is the same as the case of fixed cylinder. As the cylinder approaching to a wall (${\gamma}<2.5$), the 2nd vortex is developed by interacting with the wall boundary-layer vorticity. When the cylinder is very closed to the wall, ${\gamma}<0.6$, the cylinder acts like blockage to block the flow between the cylinder and wall so that the vortex developed on the upper cylinder elongated and time averaged lifting and drag coefficients abruptly increase.
Near-wall effect on wakes behind particles is one of the important factors in precise tracking of particles in turbulent flows. However, most aerodynamic force models for particles did not fully consider the wall effect. In the present study, we focused on changes of hydrodynamic forces acting on a particle depending on wall proximity. To this end, we developed an immersed boundary method with multi-direct forcing incorporated to a fully implicit decoupling procedure for incompressible flows. We validate the present immersed boundary method through two-dimensional simulations of flow over a circular cylinder. Comprehensive parametric studies on the effect of the wall proximity on the drag and lift forces acting on an immersed circular cylinder in a channel flow are performed in order to investigate general flow patterns behind the circular cylinder for a wide range of Reynolds number (0.01 ${\leq}$ Re ${\leq}$ 200). As the cylinder is closer to the wall, the drag coefficient decreases while the lift coefficient increases with a local maximum. Maximum drag and lift coefficients for different wall proximities decrease with increment of Reynolds number. Normalized drag and lift coefficients by their maximum values show universal correlations between the coefficients and wall proximity in a low Reynolds number regime (Re ${\leq}$ 1).
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.697-702
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2006
This paper deals with the free vibrations of immersed columns with soft base. The support condition of the column is represented by using a translational spring and a rotational spring. The eccentricity and rotatory inertia of the concentrated mass at the top are taken into account. In the governing equation for the free vibration of column, the density of immersed part was modified to account for the added fluid mass. The governing differential equations are solved numerically using the corresponding boundary conditions. Numerical results are presented to show the effects on the natural frequencies of non-dimensional system parameters: the mass density ratio of fluid to column, the ratio of fluid depth to span length, the ratio of tip mass to total column mass, the dimensionless mass moment of inertia, the eccentricity, the translation spring parameter, and the rotational spring parameter.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.5
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pp.349-357
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2009
Effect of computational domain size in simulating of periodic obstacle flow has been investigated for the flow past tube banks. Reynolds number, defined by freestream velocity ($U_{\infty}$) and cylinder diameter (d), was fixed as 200, and center-to-center distance (P) as 1.5d. In-line square array and staggered square array were considered. Drag coefficient, lift coefficient and Strouhal number were calculated depending on domain size. Circular cylinders were implemented on a Cartesian grid system by using an immersed boundary method. Boundary condition is periodic in both streamwise and lateral directions. Previous studies in literature often use a square domain with a side length of P, which contains only one cylinder. However, this study reveals that the domain size is improper. Especially, RMS values of flow-induced forces are most sensitive to the domain size.
Flexible structures have been adopted in heat transfer systems as vortex generators. The flexible vortex generators immersed in a flow show a self-sustained oscillatory motion, which enhances fluid mixing and heat transfer. In the present study, the vortex generators in a two-dimensional channel flow are numerically investigated, and they are symmetrically mounted on the upper and lower walls with an inclination angle. The momentum interaction and heat transfer between the flexible vortex generators and the surrounding fluid are considered by using an immersed boundary method. The inclination angle is one of the important factors in determining the flapping kinematics of the flexible vortex generators. The flapping amplitude increases as the inclination angle increases, thereby enhancing fluid mixing. The heat transfer is enhanced up to 80% comparing to the baseline channel flow.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11a
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pp.402.1-402
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2002
A linearly tapered beam immersed partially in other material is considered and is modelled as a linearly tapered Bernoulli-Euler beam fixed at the bottom with a concentrated mass at the top. Its governing equations is derived and its free vibration analysis is performed for various boundary conditions. And the rotatory inertia of the eccentric lumped tip mass is considered. (omitted)
Strong wind flow around a building complex was numerically studied by LES. The original motivation of this work stemmed from the efforts to develop a risk assessment technique for windstorm hazards. Lagrangian-averaged scale-invariant dynamic subgrid-scale model was used for turbulence modeling, and a log-law-based wall model was employed on all the solid surfaces including the ground and the surface of buildings to replace the no-slip condition. The shape of buildings was implemented on the Cartesian grid system by an immersed boundary method. Key flow quantities for the risk assessment such as mean and RMS values of pressure on the surface of the selected buildings are presented. In addition, characteristics of the velocity field at some selected locations vital to safety of human beings is also reported.
A methodology for the simulation of compressible high Reynolds number flow over rigid and moving bodies on a structured Cartesian grid is described in this paper. The approach is based on a modified version of the Brinkman Penalization method. To avoid oscillations in the vicinity of the body and to simulate shcok-containing flows, a Weighted Essentially Non-Oscillatory scheme is used to discretize the spatial flux derivatives. For high Reynolds number viscous flow, two turbulence models of the two-equation Menter's SST URANS model and a two-equation Detached Eddy Simulation are implemented. Some simple flow examples are given to assess the accuracy of the technique. Finally, a moving grid capability is demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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