In this work the numerical results of the flow around a 5:1 rectangular cylinder at Reynolds numbers 3 000 and 40 000, zero angle of attack and smooth incoming flow condition are presented. Implicit Large Eddy Simulations (ILES) have been performed with a high-order accurate spatial scheme and an implicit high-order accurate time integration method. The spatial approximation is based on a discontinuous Galerkin (dG) method, while the time integration exploits a linearly-implicit Rosenbrock-type Runge-Kutta scheme. The aim of this work is to show the feasibility of high-fidelity flow simulations with a moderate number of DOFs and large time step sizes. Moreover, the effect of different parameters, i.e., dimension of the computational domain, mesh type, grid resolution, boundary conditions, time step size and polynomial approximation, on the results accuracy is investigated. Our best dG result at Re=3 000 perfectly agrees with a reference DNS obtained using Nek5000 and about 40 times more degrees of freedom. The Re=40 000 computations, which are strongly under-resolved, show a reasonable correspondence with the experimental data of Mannini et al. (2017) and the LES of Zhang and Xu (2020).
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.3
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pp.227-239
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2017
The accuracy of turbulence models for the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations in rough-wall flows is evaluated using data from large-eddy simulations (LES) of boundary layers with favourable and adverse pressure gradients. Some features of the flow (such as flow reversal in the roughness sublayer) cannot be captured accurately by any model, due to the fundamental model formulation. In mild pressure gradients most RANS models are sufficiently accurate for engineering applications, but if strong favourable or adverse pressure gradients are applied (especially those leading to separation) the model performance rapidly degrades.
Aerodynamic characteristics of cross section shape is an important parameter for the wind response and structural stability of long span bridges. Numerical simulation methods have been introduced to estimate the aerodynamic characteristics for more detailed flow analysis and cost saving in place of existing wind tunnel experiment. In this study, the computational fluid dynamics(CFD) simulation and large eddy simulation( LES) technique were used to estimate lift, drag and moment coefficients of four cross sections. The Strouhal numbers were also determined by the fast Fourier transform of time series of the lift coefficient. The values from simulations and references were in a good agreement with average difference of 16.7% in coefficients and 8.5% in the Strouhal numbers. The success of the simulations is expected to attribute to the practical use of numerical estimation in construction engineering and wind load analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.9
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pp.1290-1298
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2003
The stirred tank reactor is one of the most commonly used devices in industry for achieving mixing and reaction. Here we report on results obtained from the large eddy simulations of flow inside the tank performed using a spectral multi-domain technique. The computations were driven by specifying the impeller-induced flow at the blade tip radius. Stereoscopic PlY measurements (Hill et al. $^{(1)}$) along with the theoretical model of the impeller-induced flow (Yoon et al. $^{(2)}$) were used in defining the impeller-induced flow as superposition of circumferential, jet and tip vortex pair components. Large eddy simulation of flow in a stirred tank was carried out for the three different Reynolds numbers of 4000, 16000 and 64000. The effect of different Reynolds numbers is well observed in both instantaneous and time averaged flow fields. The instantaneous and mean vortex structures are identified by plotting an isosurfaces of swirling strength for all Reynolds numbers. The Reynolds number dependency of the non-dimensional eddy viscosity, resolved scale and subgrid scale dissipations is clearly shown in this study.
The crossflow is the key phenomenon in turbulent flow inside rod bundles. In order to establish confidence on application of computational fluid dynamics (CFD) to simulate the crossflow in rod bundles, three Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) models i.e. the realizable k-ε model, the k-ω SST model and the Reynolds stress model (RSM), and the Large Eddy simulations (LES) with the Wall-Adapting Local Eddy-viscosity (WALE) model are validated based on the Particle Image Velocimetry (PIV) flow measurement experiment in a 5 × 5 rod bundle. In order to investigate effects of periodic boundary condition in the gap, the numerical results obtained with four inner subchannels are compared with that obtained with the whole 5 × 5 rod bundle. The results show that periodic boundaries in the gaps produce strong errors far downstream of the spacer grid, and therefore the full 5 × 5 rod bundle should be simulated. Furthermore, it can be concluded, that the realizable k-ε model can only provide reasonable results very close to the spacer grid, while the other investigated models are in good agreement with the experimental data in the whole downstream flow in the rod bundle. The LES approach shows superiority to the RANS models.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.7
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pp.853-858
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2003
The suitable estimation of the filter width in the dynamic eddy viscosity model were investigated in high Reynolds number channel flow. In this study, the improvement on matters by optimizing the test filter shape was attempted through the numerical experiment. The way that select optimum test filter width is recommended. Some test filters, one is based on a discrete representation of the top-hat filter and another are based on a high-order filtering operation, are evaluated in simulations of the turbulent channel flow at Reynolds number 1020, based on friction velocity and channel half width. It appears that the estimation of test filter width practically can decrease the dissipative nature of dynamic eddy viscosity model with explicit test filter. It shows that the value of the filter width ratio used in the dynamic procedure must match the properties of the test filter actually used in the calculation.
The turbulent flow and vortex shedding phenomena around pantograph panhead of high speed train were investigated and compared with available experimental data and other simulations. The pantograph head was simplified to be a square-cross-section pillar and assumed to be no interference with other bodies. The Reynolds number (Re) was 22,000. The LES(large eddy simulation) of FDS code was applied to solve the momentum equations and the Wener-Wengle wall model was employed to solve the near wall turbulent flow. Smagorinsky model($C_s$=0.2) was used as SGS(subgrid scale) model. The total grid numbers were about 9 millions and the analyzed domain was divided into 12 multi blocks which were communicated with each other by MPI. The time-averaged mainstream flows were calculated and well compared with experimental data. The phased-averaged quantities had also a good agreement with experimental data. The near-wall turbulence should be carefully treated by wall function or direct resolution to get successful application of LES methods.
When a body with slant angle behind its shoulder is moving at a high speed, the turbulent motion around the afterbody is generally associated with the flow separation, and determines the normal component of the drag. By changing the slant angle of the afterbody, the drag coefficients can be changed, drastically. Understanding and controlling the turbulent separated flows has significant importance for the design of optimal configuration of the moving bodies. In this paper, a new Large Eddy Simulation technique has been developed to investigate turbulent vortical motions around the afterbodies, using slant angle. By understanding the structure of the turbulent flow around the body, the new configuration of afterbodies is designed to reduce the drag of body, and the nonlinear effects, due to the interaction between the body configuration and the turbulent separated flows, are investigated by use of the developed LES technique.
The large-eddy simulation(LES) technique, based an a message passing interface method(MPI), was applied to investigate the turbulent flaw phenomena around a ship. The Smagorinski model was used in the present LES simulation to simulate the turbulent flaw around a ship. The SPMD(sidsngle program multiple data) technique was used for parallelization of the program using MPI. All computations were performed an a 24-node PC cluster parallel machine, composed of 2.6 GHz CPU, which had been installed in the Advanced Ship Engineering Research Center(ASERC). Numerical simulations were performed for the Wigley hull, and the Series 60 hull(CB=0.6) using 1/4-, 1/2-, 1- and 2-million grid systems and the computational results had been compared to the experimental ones.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2003.05a
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pp.49-55
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2003
When a body with slant angle after its shoulder is moving at high speed, the turbulent motion around the afterbody is generally associated with the flaw separation and determines the normal component of the drag. By changing the slant angle of afterbody, there exists a critical angle at which the drag coefficients change drastically. Understanding and control of the turbulent separated flows are of significant importance for the design of optimal configuration of the moving bodies. In the present paper, a new Large Eddy Simulation technique has been developed to investigate turbulent vortical motions around the afterbodies with slant angle. By basis of understanding the structure of turbulent flaw around the body, the new configuration of afterbodies are designed to reduce the drag of body and the nonlinear effects due to the interaction between the body configuration and the turbulent separated flows are investigated by use of the developed LES technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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