Numerical boundary conditions are as important as the governing equations when analyzing the fluid flows numerically. An explicit boundary condition method updates the solutions at the boundaries with extrapolation from the interior of the computational domain, while the implicit boundary condition method in conjunction with an implicit time integration method solves the solutions of the entire computational domain including the boundaries simultaneously. The implicit boundary condition method, therefore, is more robust than the explicit boundary condition method. In this paper, steady compressible 2-Dimensional Navier-Stokes solver is developed. We present the implicit boundary condition method coupled with LU-SGS(Lower Upper Symmetric Gauss Seidel) method. Also, the explicit boundary condition method is implemented for comparison. The preconditioning Navier-Stokes equations are solved on unstructured meshes. The numerical computations for a number of flows show that the implicit boundary condition method can give accurate solutions.
Two coupling methods for the Navier-Stokes equations and a two-equation turbulence model equations are compared. They are the strongly coupled method and the loosely coupled method. The strongly coupled method solves the Navier-Stokes equations and the two-equation turbulence model equations simultaneously, while the loosely coupled method solves the Navier-Stokes equation with the turbulence viscosity fixed and subsequently solves the turbulence model equations with all the flow quantities fixed. In this paper, performances of two coupling methods are compared for two and three-dimensional problems.
A high-order discontinuous Galerkin method for the two-dimensional compressible Navier-Stokes equations was developed on unstructured triangular meshes. For this purpose, the BR2 methd(the second Bassi and Rebay discretization) was adopted for space discretization and an implicit Euler backward method was used for time integration. Numerical tests were conducted to estimate the convergence order of the numerical solutions of the Poiseuille flow for which analytic solutions are available for comparison. Also, the flows around a flat plate, a 2-D circular cylinder, and an NACA0012 airfoil were numerically simulated. The numerical results showed that the present implicit discontinuous Galerkin method is an efficient method to obtain very accurate numerical solutions of the compressible Navier-Stokes equations on unstructured meshes.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.2
no.2
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pp.1-19
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1998
A Chebyshev pseudospectral-finite element method is proposed for two-dimensional unsteady Navier-Stokes equation. The generalized stability and the convergence are proved strictly. The numerical results show the advantages of this method.
The Immersed boundary method(IBM) is one of CFD techniques which can simulate flow field around complex objectives using simple Cartesian grid system. In the previous studies the IBM has mostly been implemented to fractional step method based Navier-Stokes solvers. In these cases, pressure buildup near IB was found to occur when linear interpolation and stadard mass conservation is used and the interpolation scheme became complicated when higher order of interpolation is adopted. In this study, we implement the IBM to an incompressible Navier-Stokes solver which uses SIMPLE algorithm. Bi-linear and quadratic interpolation equations were formulated by using only geometric information of boundary to reconstruct velocities near IB. Flow around 2D circular cylinder at Re=40 and 100 was solved by using these formulations. It was found that the pressure buildup was not observed even when the bi-linear interpolation was adopted. The use of quadratic interpolation made the predicted aerodynamic forces in good agreement with those of previous studies.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.4
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pp.661-674
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2002
The objective of this study is to develop efficient numerical method to enable solution of optimal control problems of Navier-Stokes flows and to apply these technique to the problem of viscous drag minimization on a bluff body by controlling boundary velocities on the surface of the body. In addition to the industrial importance of the drag reduction problem, it serves as a model for other more complex flow optimization settings, and allows us to study, modify, and improve the behavior of the optimal control methods proposed here. The control is affected by the suction or injection of fluid on portions of the boundary, and the objective function represents the rate at which energy is dissipated in the fluid. This study shows how reduced Hessian successive quadratic programming method, which avoid converging the flow equations at each iteration, can be tailored to these problems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.6
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pp.753-765
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2003
A finite element code for the numerical solution of the Navier-Stokes equation is parallelized by vertex-oriented domain decomposition. To accelerate the convergence of iterative solvers like conjugate gradient method, parallel block ILU, iterative block ILU, and distributed ILU methods are tested as parallel preconditioners. The effectiveness of the algorithms has been investigated when P1P1 finite element discretization is used for the parallel solution of the Navier-Stokes equation. Two-dimensional and three-dimensional Laplace equations are calculated to estimate the speedup of the preconditioners. Calculation domain is partitioned by one- and multi-dimensional partitioning methods in structured grid and by METIS library in unstructured grid. For the domain-decomposed parallel computation of the Navier-Stokes equation, we have solved three-dimensional lid-driven cavity and natural convection problems in a cube as benchmark problems using a parallelized fractional 4-step finite element method. The speedup for each parallel preconditioning method is to be compared using upto 64 processors.
In this paper, we construct a fully discrete solution of the incompressible Navier Stokes equations using implicit Runge kutta method. We prove the existence of the fully discrete solution.
It is shown that the cubic law can be modified regarding the steady-state Navier-Stokes equations by using perturbation approximation method for a sinusoidal aperture variation. In order to adopt the perturbation theory, the sinusoidal function needs to be non-dimensionalized for the amplitude and wavelength. Then, the steady-state Navier-Stokes equations can be solved by expanding the non-dimensionalized stream function with respect to the small value of the parameter (the ratio of the mean aperture to the wavelength), together with the continuity equation. From the approximate solution of the Navier-Stokes equations, the basic cubic law is successfully modified for the steady-state condition and a sinusoidal aperture variation. A finite difference method is adopted to calculate the pressure within a fracture model, and the results of numerical experiments show the accuracy and applicability of the modified cubic law. As a result, it is noted that the modified cubic law, suggested in this study, will be used for the analysis of fluid flow through aperture geometry of sinusoidal distributions.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.19
no.2
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pp.103-121
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2015
In this paper, we briefly review and describe a projection algorithm for numerically computing the two-dimensional time-dependent incompressible Navier-Stokes equation. The projection method, which was originally introduced by Alexandre Chorin [A.J. Chorin, Numerical solution of the Navier-Stokes equations, Math. Comput., 22 (1968), pp. 745-762], is an effective numerical method for solving time-dependent incompressible fluid flow problems. The key advantage of the projection method is that we do not compute the momentum and the continuity equations at the same time, which is computationally difficult and costly. In the projection method, we compute an intermediate velocity vector field that is then projected onto divergence-free fields to recover the divergence-free velocity. Numerical solutions for flows inside a driven cavity are presented. We also provide the source code for the programs so that interested readers can modify the programs and adapt them for their own purposes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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