Kim Jongtae;Kim Sang-Baik;Kim Hee-Dong;Maeng Joo-sung
Journal of computational fluids engineering
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v.7
no.1
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pp.10-19
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2002
The non-staggered(collocated) grid approach in which all the solution variables are located at the centers of control volumes is very popular for incompressible flow analyses because of its numerical efficiency on the curvilinear or unstructured grids. Rhie and Chow's paper is the first in using non-staggered grid method for SIMPLE algorithm, where pressure weighted interpolation was used to prevent decoupling of pressure and velocity. But it has been known that this non-staggered grid method has stability problems when pressure fields are nonlinear like in natural convection flows. Also Rhie-Chow scheme generates large numerical diffusion near curved walls. The cause of these unwanted problems is too large pressure damping term compared to the magnitude of face velocity. In this study the magnitude of pressure damping term of Rhie-Chow's method is limited to 1∼10% of face velocity to prevent physically unreasonable solutions. The wall pressure extrapolation which is necessary for cell-centered FVM is another source of numerical errors. Some methods are applied in a unstructured FV solver and analyzed in view of numerical accuracy. Here, two natural convection problems are solved to check the effect of the Rhie-Chow's method on numerical stability. And numerical diffusion from Rhie-Chow's method is studied by solving the inviscid flow around a circular cylinder.
Numerical simulations of two-dimensional steady incompressible lid-driven flow in a square cavity are presented to verify the validity of a new solution code(PowerCFD) with unstructured grids. The code uses the non-staggered(collocated) grid approach which is very popular for incompressible flow analysis because of its numerical efficiency on the curvilinear or unstructured grids. Solutions are obtained for configurations with a Reynolds number as high as 10,000 with both rectangular and hybrid types of unstructured grid mesh. Interesting features of the flow are presented in detail and comparisons are made with benchmark solutions found in the literature. It is found that the code is capable of producing accurately the nature of the lid-driven cavity flow at high Reynolds numbers.
A Navier-Stokes equation solver for incompressible viscous flows with free surface is developed and tested. This is based upon a fractional time step method and a non-staggered finite volume formulation for unstructured meshes. For time advancement scheme, Adams -Bashforth method for convective term and Crank-Nicolson method for diffusive term are applied. The interface between two fluids with different fluid properties is tracked with Piecewise Linear Interface Calculation(PLIC) Volume-of-Fluid(VOF) methods. Computational results are presented for some test problems: the broken dam, the sloshing in a rectangular tank, the filling of a cylindrical tank.
Park, I.K.;Yoon, H.Y.;Cho, H.K.;Kim, J.T.;Jeong, J.J.
Journal of computational fluids engineering
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v.13
no.3
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pp.51-61
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2008
The SMAC (Simplified Marker And Cell) algorithm is extended for an application to thermal non-equilibrium two-phase flows in light water nuclear reactors (LWRs). A two-fluid three-field model is adopted and a multi-dimensional unstructured grid is used for complicated geometries. The phase change and the time derivative terms appearing in the continuity equations are implemented implicitly in a pressure correction equation. The energy equations are decoupled from the momentum equations for faster convergence. The verification of the present numerical method was carried out against a set of test problems which includes the single and the two-phase flows. The results are also compared to those of the semi-implicit ICE method, where the energy equations are coupled with the momentum equation for pressure correction.
A component-scale two-phase analysis code has been developed for a realistic simulation of two-phase flow transients in a light water nuclear reactor component. In the code, a two-fluid three-field model is adopted and the governing equations are solved on an unstructured mesh. For the numerical solution scheme, the semi-implicit method used in the RELAP5 code was selected, which has been proved to be very stable and accurate for most of practical applications. However, some modifications were needed for its application to an unstructured non-staggered grid. This paper presents the modified semi-implicit numerical method for unstructured grid and the preliminary results of the calculations.
A two-phase (gas and liquid) flow analysis solver, named CUPID, has been developed for a realistic simulation of transient two-phase flows in light water nuclear reactor components. In the CUPID solver, a two-fluid three-field model is adopted and the governing equations are solved on unstructured grids for flow analyses in complicated geometries. For the numerical solution scheme, the semi-implicit method of the RELAP5 code, which has been proved to be very stable and accurate for most practical applications of nuclear thermal hydraulics, was used with some modifications for an application to unstructured non-staggered grids. This paper is concerned with the effects of interpolation schemes on the simulation of two-phase flows. In order to stabilize a numerical solution and assure a high numerical accuracy, the second-order upwind scheme is implemented into the CUPID code in the present paper. Some numerical tests have been performed with the implemented scheme and the comparison results between the second-order and first-order upwind schemes are introduced in the present paper. The comparison results among the two interpolation schemes and either the exact solutions or the mesh convergence studies showed the reduced numerical diffusion with the second order scheme.
A two-phase (gas and liquid) flow analysis solver, named CUPID, has been developed for a realistic simulation of transient two-phase flows in light water nuclear reactor components. In the CUPID solver, a two-fluid three-field model is adopted and the governing equations are solved on unstructured grids for flow analyses in complicated geometries. For the numerical solution scheme, the semi-implicit method of the RELAP5 code, which has been proved to be very stable and accurate for most practical applications of nuclear thermal hydraulics, was used with some modifications for an application to unstructured non-staggered grids. This paper is concerned with the effects of interpolation schemes on the simulation of two-phase flows. In order to stabilize a numerical solution and assure a high numerical accuracy, the second-order upwind scheme is implemented into the CUPID code in the present paper. Some numerical tests have been performed with the implemented scheme and the comparison results between the second-order and first-order upwind schemes are introduced in the present paper. The comparison results among the two interpolation schemes and either the exact solutions or the mesh convergence studies showed the reduced numerical diffusion with the second-order scheme.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.12
no.4
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pp.249-260
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2008
In this work we propose a mixed finite volume method for the Signorini problem which are based on the idea of Keller's finite volume box method. The triangulation may consist of both triangles and quadrilaterals. We choose the first-order nonconforming space for the scalar approximation and the lowest-order Raviart-Thomas vector space for the vector approximation. It will be shown that our mixed finite volume method is equivalent to the standard nonconforming finite element method for the scalar variable with a slightly modified right-hand side, which are crucially used in a priori error analysis.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.1
no.1
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pp.1-13
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1993
The three-dimensional numerical analysis for in-cylinder flow of four-valve engine without intake port has been successfully computed. These computations have been performed using technique of the general coordinate transformation based on the finite-volume method and body-fitted non-orthogenal grids using staggered control volume and covariant variable as dependent one. Computations are started at intake valve opening and are carried through top-dead-center of compression. A k-$\varepsilon$model is used to represent turbulent transport of momentum. The principal study is the evolution of interaction between mean flow and turbulence and of the role of swirl and tumble in generating near TDC turbulence. Results for three different inlet flow configuration are presented. From these results, complex flow pattern may be effective for promoting combustion in spark-ignition engines and kinetic energy of mean flow near TDC is well converted into turbulent kinetic energy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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