International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.1
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pp.25-40
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2015
Understanding the effects of the parameters affecting the interaction of tandem hydrofoil system is a crucial subject in order to fully comprehend the aero/hydrodynamics of any vehicle moving inside a fluid. This study covers a parametric study on tandem hydrofoil interaction in both potential and viscous fluids using iterative Boundary Element Method (BEM) and RANSE. BEM allows a quick estimation of the flow around bodies and may be used for practical purposes to assess the interaction inside the fluid. The produced results are verified by conformal mapping and Finite Volume Method (FVM). RANSE is used for viscous flow conditions to assess the effects of viscosity compared to the inviscid solutions proposed by BEM. Six different parameters are investigated and they are the effects of distance, thickness, angle of attack, chord length, aspect ratio and tapered wings. A generalized 2-D code is developed implementing the iterative procedure and is adapted to generate results. Effects of free surface and cavitation are ignored. It is believed that the present work will provide insight into the parametric interference between hydrofoils inside the fluid.
In the present research, a parametric study of aerodynamic characteristics for multi-element airfoils is performed. The major geometric parameters of interest are the gap distance between airfoils and relative deflection angle of slat/flap. The present results are mainly obtained by using inviscid flow calculation, and the aerodynamic characteristics are focused on the surface pressure distribution and the lifts. The results of the present research may be used as not only qualitative data but also quantitative data for small angle of attack flows, where the viscous effect does not play major role in terms of surface pressure distribution and lifts. A further research in this subject including viscous calculation and more geometric parameters is to be performed in the future.
A three dimensional inviscid parallel flow solver has been developed for the simulation of rotor blades in forward flight. The computational domain is divided into stationary and rotating zones for the more efficient mesh adaptation. The conservative mesh treatment algorithm is used for the convection of flow variables and fluxes across the sliding boundary. A deforming mesh algorithm using modified spring analogy is used for the blade motion. In the present paper, detail descriptions of numerical analysis for forward flight are introduced. Some results are presented for a two bladed AH-1G rotor and compared with experimental data.
Turbulent flow analysis is conducted around the multi-stage launch vehicle including base region and detachment motion of strap-on boosters due to resultant aerodynamic forces and gravity is simulated. Aerodynamic solution procedure is coupled with rigid body dynamics for the prediction of separation behavior. An overset mesh technique is adopted to achieve maximum efficiency in simulating relative motion of bodies and various turbulence models are implemented on the flow solver to predict the aerodynamic forces accurately. At first, some preliminary studies are conducted to show the importance of base flow for the exact prediction of detachment motion and to find the most suitable turbulence model for the simulation of launch vehicle configurations. And then, developed solver is applied to the simulation of KSR-III, a three-stage sounding rocket researched in Korea. From the analyses, after-body flow field strongly affects the separation motions of strap-on boosters. Negative pitching moment at initial stage is gradually recovered and a strap-on finally results in a safe separation, while fore-body analysis shows collision phenomena between core rocket and booster. And a slight variation of motion is observed from the comparison between inviscid and turbulent analyses. Change of separation trajectory based on viscous effects is just a few percent and therefore, inviscid analysis is sufficient for the simulation of separation motion if the study is focused only on the movement of strap-ons.
A high resolution numerical method aimed at solving cavitating flow was proposed and applied to gas-liquid two-phase shock tube problem with arbitrary void fraction. The present method with compressibility effects employs a finite-difference 4th-order Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL TVD scheme. The Jacobian matrix from the inviscid flux of constitute equation is diagonalized analytically and the speed of sound for the two-phase media is derived by eigenvalues. So that the present method is appropriate for the extension of high order upwind schemes based on the characteristic theory. By this method, a Riemann problem for Euler equations of one dimensional shock tube was computed. Numerical results of high speed flow phenomena such as detailed observations of shock and expansion wave propagations through the gas-liquid two-phase media and some data related to computational efficiency are made. Comparisons of predicted results and solutions at isothermal condition are provided and discussed.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.3
no.2
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pp.18-24
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2000
A two-dimensional numerical method for inviscid two-fluid flows with a significant entrainment into both directions is established, and the oil leakage from a non-pressurized underwater pipe is studied. The interface between two fluids is modeled at a vortex sheet. The flow field and the subsequent interface evolution are solved by using the vortex-in-cell method. For longer flow simulation with a realistic two fluids interaction, an efficient merging scheme is introduced. In the Boussinesq limit, the speed of the external fluid intrusion into the pipe is very close to the existing mathematical models, and the lock exchange is observed in spite of a significant roll-up of the interface and entrainments. It is believed that the developed method can be utilized effectively for further detailed studies on various two-fluid flows which are encountered in many different marine oil spill problems.
In this paper, the supersonic flows around space launch vehicles have been numerically simulated by using a 3-D RANS flow solver. The focus of the study was made for investigating plume-induced flow separation(PIFS). For this purpose, a vertex-centered finite-volume method was utilized in conjunction with 2nd-order Roe's FDS to discretize the inviscid fluxes. The viscous fluxes were computed based on central differencing. The Spalart-Allmaras model was employed for the closure of turbulence. The Gauss-Seidel iteration was used for time integration. To validate the flow solver, calculation was made for the 0.04 scale model of the Saturn-5 launch vehicle at the supersonic flow condition without exhaust plume, and the predicted results were compared with the experimental data. Good agreements were obtained between the present results and the experiment for the surface pressure coefficient and the Mach number distribution inside the boundary layer. Additional calculations were made for the real scale of the Saturn-5 configuration with exhaust plume. The flow characteristics were analyzed, and the PIFS distances were validated by comparing with the flight data. The KSLV-1 is also simulated at the several altitude conditions. In case of the KSLV-1, PIFS was not observed at all conditions, and it is expected that PIFS is affected by the nozzle position.
Kim, J.K.;Jang, K.J.;Kim, T.Y.;Cho, D.R.;Kim, S.D.;Choi, J.Y.
Journal of computational fluids engineering
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v.18
no.1
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pp.83-90
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2013
OpenMP is becoming more and more useful as a simple parallel processing paradigm on SMP (Shared Memory Multi-Processors) computing environment with the development of multi-core processors. However, very few data is available publically regarding the OpenMP performance in CFD (Computational Fluid Dynamics). In the present study a CFD test suite is prepared for the performance evaluation of OpenMP on various multi-core systems. The test suite is composed of two-dimensional numerical simulations for inviscid/viscous and reacting/non-reacting flows using three different levels of grid systems. One to five test runs were carried out on various systems from dual-core dual threads to 16-core 32-threads systems by changing the number of threads engaged for each test up to 80. The results exhibit some interesting results and the lessons learned from the tests would be quite helpful for the further use of OpenMP for CFD studies using multi-core processor systems.
A special system of partial differential equations (PDEs) occur in a natural way while studying a class of irrotational inviscid fluid flow problems involving infinite channels. Certain aspects of solutions of such PDEs are analyzed in the context of flow problems involving multiple layers of fluids of different constant densities in a channel associated with arbitrary bottom topography. The whole analysis is divided into two parts-part A and part B. In part A the linearized theory is employed along with the standard Fourier analysis to understand such flow problems and physical quantities of interest are derived analytically. In part B, the same set of problems handled in part A are examined in the light of a weakly non-linear theory involving perturbation in terms of a small parameter and it is shown that the original problems can be cast into KdV type of nonlinear PDEs involving the bottom topography occurring in one of the coefficients of these equations. Special cases of bottom topography are worked out in detail and expressions for quantities of physical importance are derived.
In this paper, a new computational code was developed using Chorin's artificial compressibility method to solve the two-dimensional incompressible Navier-Stokes equations. In spatial derivatives, Roe's flux difference splitting was used for the inviscid flux, while central differencing was used for the viscous flux. Furthermore, AF-ADI with dual time stepping method was implemented for accurate unsteady computations. Two-equation turbulence models, Menter's $k-{\omega}$ SST model and Coakley's $q-{\omega}$ model, hae been adopted to solve high-Reynolds number flows. A number of numerical simulations were carried out for steady laminar and turbulent flow problems as well as unsteady flow problem. The code was verified and validated by comparing the results with other computational results and experimental results. The results of numerical simulations showed that the present developed code with the artificial compressibility method can be applied to slve steady and unsteady incompressible flows.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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