A 2-D Fluent-based numerical wave tank(FBNWT) capable of simulating wave propagating and overtopping is presented. The FBNWT model is based on the Reynolds averaged Naiver-Stokes equations and VOF free surface tracking method. The piston wave maker system is realized by dynamic mesh technology(DMT) and user defined function(UDF). The non-iteration time advancement(NITA) PISO algorithm is employed for the velocity and pressure coupling. The FBNWT numerical solutions of linear wave propagation have been validated by analytical solutions. Several overtopping problems are simulated and the prediction results show good agreements with the experimental data, which demonstrates that the present model can be utilized in the corresponding analysis.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.5
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pp.1061-1071
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2015
In the present study, the Navier-Stokes (N-S) equations delineating water flows inside porous media were derived applying Reynolds transport theorem in order to provide a basis for analyzing water wave problems inside the porous media. Then, the derived N-S equations were compared with the same species of equations in existing researches. Based on the N-S equations, a set of Boussinesq equations was then derived in such a form that the dispersiveness and nonlinearity of water waves inside the porous media can be properly reproduced. Finally, numerical analyses were carried out to demonstrate the validity of the equations. The reflection and transmission coefficients of porous breakwaters were calculated and compared with the results of existing hydraulic experiments. The numerical results showed a rather sensitive dependency on the virtual mass coefficient of grains constituting the porous media. The selection of the coefficient with zero turned out to give nice agreements with numerical and experimental results.
Wave run-up is an important phenomenon that should be considered in ocean structure design. In this study, the wave run-up of a surface-piercing circular cylinder was calculated in the time domain using the three-dimensional linear and fully nonlinear numerical wave tank (NWT) techniques. The NWT was based on the boundary element method and the mixed Eulerian and Lagrangian method. Stokes second-order waves were applied to evaluate the effect of the nonlinear waves on wave run-up, and an artificial damping zone was adopted to reduce the amount of reflected and re-reflected waves from the sidewall of the NWT. Parametric studies were conducted to determine the effect of wavelength, wave steepness, and the draft of the cylinder on the wave run-up of the cylinder. The maximum wave run-up value occurred at 0°, which was in front of the cylinder, and the minimum value occurred near the circumferential angle of 135°. As the diffraction parameter increased, the wave run-up increased up to 1.7 times the wave height. Furthermore, the wave run-up was 4% higher than the linear wave when the wave steepness was 1/35. In particular, the crest height of the wave run-up increased by 8%.
Ji, Young-Moo;Lee, Jae-Woo;Byun, Yung-Hwan;Park, Jung-Sang
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2006.08a
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pp.423-426
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2006
An analysis is made of flow and rocket motion during a supersonic separation stage of air-launching rocket(ALR) from the mother plane. Three-dimensional compressible Navier-Stokes equations is numerically solved to analyze the steady/unsteady flow field around the rocket which is being separated from the mother plane configuration(F-4E Phantom). The simulation results clearly demonstrate the effect of shock-expansion wave interaction between the rocket and the mother plane. To predict the behavior of the ALR according to the change of the C.G., three cases of numerical analysis are performed. As a result, a design-guideline of supersonic air-launching rocket for the safe separation is proposed.
A finite element scheme using the concept of PISO method has been developed to solve the Navier-Stokes viscous flows in all speed range. This scheme includes development of new pressure equation that retains both the hyperbolic term related with the density variation and the elliptic term reflecting the incompressibility constraint. The present method is applied to the incompressible two-dimensional driven cavity flow problems(Re=100, 400 and 1,000). For compressible flows, the Carter plate problem(M=3 and Re=1,000) is computed. Finally, we have simulated the shock-boundary layer interaction(M=2 and Re=2.96×10/sup 5/), a more difficult problem, and compared its results with the experiment to demonstrate the shock capturing capability of the present solution algorithm.
For the purpose of Thermal Protection Material design problem, a numerical analysis of axisymmetric high temperature supersonic impinging jet flows of exhaust gas from combustor on curved surfaces has been accomplished. A modifed CSCM Upwind Navier-Stokes method which is able to cure the carbuncle Phenomena has been developed to study strong shock wave structure and thermodynamic wall properties such as pressure and heat transfer rate on various curved surfaces. The results show that the maximum heat transfer rate which is the most important parameter affecting thermo-chemical surface ablation on the plate did not occur at the center of jet impingement, but rather on a circle slightly away from the center of impingement and the shear stress distribution alone the wall is similar to the wall heat transfer late distribution.
수중구조물에 의한 파랑의 변형을 예측하기 위해 3차원 수치모형을 도입하여 수치모형 실험을 수행하였다. 본 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 유한차분법을 이용하여 계산하는 동수압 모형으로서, 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(Spatially Averaged Navier-Stokes) 방정식의 해를 구하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형이다. 엇갈림 격자체계에서 유한차분법을 사용하여 지배방정식을 해석하는 모형으로서 수치기법으로 Two Step projection 기법을 사용하여 SANS 방정식을 계산하였으며, Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식의 해를 구하고 압력장을 계산하였다. 또한, 자유수면의 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 먼저 선형파를 일정 수심상에서 조파시켜 해석해와 비교한 후 수중구조물이 설치된 지형에 적용하여 파랑의 변형을 수치모의하여 수리모형 실험 결과와 비교 및 분석하였다.
Numerical analysis of three-dimensional vicous flow is used to compute the design speed operating line of a transonic axial-flow compressor. The Navier-Stokes equation was solved by an explicit finite-difference numerical scheme and the Baldwin-Lomax turbulence model was applied. A spatially-varying time-step and an implicit residual smoothing were used to improve convergence. Two-stage axial compressor of a turboshaft engine developed KARI was chosen for the analysis. Numerical results show reasonably good agreements with experimental measurements made by KARI. Numerical solutions indicate that there exist a strong shock-boundary layer interaction and a subsequent large flow separation. It is also observed that the shock is moved ahead of the blade passage at near-stall condition.
Schwinger pair production of electrons and positrons in a strong electric field is a prediction of nonperturbative quantum field theory, in which the out-vacuum is superposed of multi-particle states of the in-vacuum. Solving the Dirac or Klein-Gordon equation in the background field, though a linear wave equation, and finding the pair-production rate is a difficult or nontrivial job. The phase-integral method has recently been introduced to compute the pair production in space-dependent electric fields, and a complex analysis method has been employed to calculate the pair production in time-dependent electric fields. In this paper, we apply the complex analysis method to a Sauter-type electric field and other hyperbolic-type electric fields that vanish in the past and future and show that the Stokes phenomena in pair production occur when the time-dependent frequency for a given momentum has finite simple poles (polons) with pure imaginary residues.
Experimental and numerical investigations were conducted to study the performance of a surface-fixed horizontal porous wave barrier in regular waves. The characteristics of the reflection and transmission coefficients, energy dissipation, and vertical wave force were examined versus different porosities of the barrier. Numerical simulations based on 3D Reynolds Averaged Navier-Stokes equations with standard low-Re k-ε turbulent closure and volume of fluid approach were accomplished and compared with the experimental results conducted in a 2D wave tank. Experimental measurements and numerical simulations were shown to be in satisfactory agreement. The qualitative wave behavior propagating over a horizontal porous barrier such as wave run-up, wave breaking, air entrapment, jet flow, and vortex generation was reproduced by CFD computation. Through the discrete harmonic decomposition of the vertical wave force on a wave barrier, the nonlinear characteristics were revealed quantitatively. It was concluded that the surface-fixed horizontal barrier is more effective in dissipating wave energy in the short wave period region and more energy conversion was observed from the first harmonic to higher harmonics with the increase of porosity. The present numerical approach will provide a predictive tool for an accurate and efficient design of the surface-fixed horizontal porous wave barrier.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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