Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.7
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pp.951-958
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2002
Rapid expansion of a moist air or a stream through a supersonic nozzle often leads to non-equilibrium condensation shock wave, causing a considerable energy loss in flow field. Depending on amount of latent heat released due to non-equilibrium condensation, the flow is highly unstable or a periodical oscillation accompanying the condensation shock wave in the nozzle. The unsteadiness of the condensation shock wave is always associated with several kinds of instabilities as well as noise and vibration of flow devices. In the current study, a passive control technique using a porous wall with a plenum cavity underneath is applied for the purpose of alleviation of the condensation shock oscillations in a transonic nozzle. A droplet growth equation is coupled with two-dimensional Navier-Stokes equation system. Computations are carried out using a third-order MUSCL type TVD finite-difference scheme with a second-order fractional time step. An experiment using an indraft wind tunnel is made to validate the present computational results. The results show that the oscillations of the condensation shock wave are completely suppressed by the current passive control method.
Cavitation on an axi-symmetric hemispherical head-form body was studied using an Reynolds-averaged Navier-Stokes equations solver based on a cell-centered finite volume method. To consider compressibility effects on the vapor phase and cavity interface, a pressure-based compressible flow CFD code was developed. To validate the developed CFD code, cavitating flow around the hemispherical head-form body was simulated using pressure-based incompressible and compressible CFD codes and validated against existing experimental data in the three-way comparison. The cavity shedding behavior, length of re-entrant jet, drag history, and Strouhal number of the hemispherical head-form body were compared between two CFD codes. The results, in this paper, suggested that the computations of cavitating flow with compressibility effects improve the description of cavity dynamics.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.12
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pp.1802-1812
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2001
The purpose of this study is to analyze numerically the movement of particles included in turbulent fluid flow characteristics of metallic surfaces. To describe fluid flew, the incompressible Navier-Stokes equation discretized by the finite volume method were solved on the non-orthogonal coordinates with non-staggered variable arrangement, and the k-$\xi$ turbulence model was adapted. After fluid flow was calculated, particle movement was predicted from the Lagrangian approaches. Non-essential complexities were avoided by assuming that the particles had spherical shapes and the Stoke's drag formula only consisted of external farces acting upon them. In order to validate the numerical calculations, the results were compared with the experimental data reported in literature and agreed well with them. The drag force coefficient equation showed better agreement with the experimental data in the prediction of particle movement than the correction factor equation. Impact velocity and impact angle increased as inlet turbulence intensity decreased, relative jet height was lower. or the Reynolds number was larger.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.3
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pp.267-279
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1998
A numerical study was made of flow behind a circular cylinder in a uniform flow, where the cylinder was rotationally oscillated in time. The temporal behavior of vortex formation was scrutinized over broad ranges of the two externally specified parameters, i.e., the dimensionless rotary oscillating frequency (.110.leq. $S_{f}$.leq..220) and the maximum angular amplitude of rotation (.theta.$_{max}$=15 deg., 30 deg. and 60 deg.). The Reynolds number (Re= $U_{{\inf}D}$.nu.) was fixed at Re=110. A fractional-step method was utilized to solve the Navier-Stokes equations with a generalized coordinate system. The main emphasis was placed on the initial vortex formations by varying $S_{f}$ and .theta.$_{max}$. Instantaneous streamlines and pressure distributions were displayed to show the vortex formation patterns. The vortex formation modes and relevant phase changes were characterized by measuring the lift coefficient ( $C_{L}$) and the time of negative maximum $C_{L}$( $t_{-C}$$_{Lmax}$) with variable forcing conditions.s.tions.s.s.s.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2005.06a
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pp.1149-1154
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2005
The finite difference lattice Boltzmann method(FDLBM) is a quite recent approach for simulating fluid flow, which has been proven as a valid and efficient tool in a variety of complex flow problems. It is considered an attractive alternative to conventional FDM and FVM, because it recovers the Navier-Stokes equations and is computationally more stable, and easily parallelizable to simulate for various laminar flows and a direct simulation of aerodynamics sounds. However, the research of a numerical simulation of turbulent flow by FDLBM, which is important to analyze the structure of turbulent flow in engineering fields, is not carried out. In this research, the FDLBM built in the turbulent model is applied, and a flowfield around 2-dimensional square to validate the applied model with 2D9V is simulated. Besides, 2D computation of the cavity noise generated by flow over a cavity at a Mach number of 0.1 and a Reynolds number based on cavity depth of 5000 is calculated. The computation result is well presented a understanding of the physical phenomenon of tonal noise occurred primarily by well-jet shear layer and vortex shedding and an aeroacoustic feedback loop.
Spiral jet is characterized by a wide region of the free vortex flow with a steep axial velocity gradient, while swirl jet is largely governed by the forced vortex flow and has a very low axial velocity at the jet axis. However, detailed generation mechanism of spiral flow components is not well understood, although the spiral jet is extensively applied in a variety of industrial field. In general, it is known that spiral jet is generated by the radial flow injection through an annular slit which is installed at the inlet of convergent nozzle. The objective of the present study is to understand the flow characteristics of the spiral jet, using a computational method. A finite volume scheme is used to solve 3-dimensional Navier-Stokes equations with RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model. The computational results are validated by the previous experimental data. It is found that the spiral jet is generated by coanda effect at the inlet of the convergent nozzle and its fundamental features are dependent the pressure ratio of the radial flow through the annular slit and the coanda wall curvature.
When a safety valve equipped in a nuclear power plant opens in an instant by an accident, a moving shock wave propagates downstream the valve, inducing a complicated unsteady flow field. The moving shock wave may exert severe load to the structure. So, to reduce the load acting on the wall of POSRV, a gradual opening of POSRV is adopted in general. In theses connections, a numerical work is performed to investigate the effect of valve opening time on the unsteady flow fields downstream of the valve. Compressible, two-dimensional Navier-Stokes equations are used with the finite volume method. The obtained results show that sharp pressure rise through moving shock tor the case of instant opening is attenuated by employing the gradual opening of valve. It is turned that the flows for the two cases of gradual valve opening time show the similar to that of highly under-expanded one in jet structure having expansion and compression waves and Mach stem. Also, comparing with the results for the two cases of opening time, the shorter the valve opening is, the pressure gradient at the downstream of the valve becomes softly.
The present analysis deals with a numerical procedure for optimizing the shape of elliptical dimples in a cooling channel. The three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) analysis is employed in conjunction with the SST model for predictions of the turbulent flow and the heat transfer. Three non-dimensional geometric design variables, such as the ellipse dimple diameter ratio, ratio of the dimple depth to the average diameter, and ratio of the distance between dimples to the pitch are considered in the optimization. Twenty-one experimental points within design space are selected by Latin Hypercube Sampling. Each objective function values at these points are evaluated by RANS analysis and producing optimal point using surrogate model. The linear combination of heat transfer coefficient and friction loss related terms with a weighting factor is defined as the objective function. The results show that the optimized elliptical dimple shape improves considerably the heat transfer performance than the circular dimple shape.
The unsteady-state, incompressible and three-dimensional large eddy simulation(LES) was carried out to analyze the aerodynamic performance of three-dimensional small-size axial fan(SSAF) with the different depth of bellmouth. The static pressure coefficients analyzed by LES predict a little bit larger than measurements except stall region regardless of the installation depth between SSAF and bellmouth. Moreover, static pressure efficiencies analyzed by LES show about maximum 30% at the actual operating point ranges, but measurements do not. Therefore, if the blades of conventional SSAF have some more rigidity and complete dynamic balance, the aerodynamic performance of SSAF will be some more improved. In consequence, LES shows the best prediction performance in comparison with any other Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) method.
Recently micro shock tube is extensively being used in many diverse fields of engineering applications but the detailed flow physics involved in it is hardly known due to high Knudsen number and strong compressibility effects. Unlike the macro shock tube, the surface area to volume ratio for a micro shock tube is very large. This unique effect brings many complexities into the flow physics that makes the micro shock tube different compared with the macro shock tube. In micro shock tube, the inter- molecular forces of working gas can play an important role in specifying the flow characteristics of the unsteady shock wave flow which is essentially generated in all kinds of shock tubes. In the present study, a CFD method was used to predict and visualize the unsteady shock wave flows using the unsteady compressible Navier-Stokes equations, furnished with the no-slip and slip wall boundary conditions. Maxwell's slip equations were used to mathematically model the shock movement at high Knudsen number. The present CFD results show that the propagation speed of the shock wave is directly proportional to the initial pressure and diameter of micro shock tube.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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