Secondary instability of flow past a circular cylinder is examined using direct numerical simulation at Reynolds number 220 and 250. The higher-order finite difference scheme is employed for the spatial distributions along with the second order Adams-Bashforth and the first order backward-Euler time integration. In x-y plane, the convection term is applied by the 5th order upwind scheme, and the pressure and viscosity terms are applied by the 4th order central difference. In spanwise, Navier-Stokes equation is distributed using Spectral Method. The critical Reynolds number for this instability is found to be about Re=190. The secondary instability leads re three-dimensionality with a spanwise wavelength about 4 cylinder diameters at onset (A-mode). Results of three-dimensional effect in wake of a circular cylinder are represented with spanwise and streamwise vorticity contours as Reynolds numbers.
Three-dimensional time-dependent flow past a circular cylinder is numerically investigated using direct numerical simulation for Reynolds number 280 and 300. The higher-order finite difference scheme is employed for the spatial distributions along with the second order Adams-Bashforth and the first order backward-Euler time integration. In x-y plane, the convection term is applied by the 5th order upwind scheme and the pressure and viscosity terms are applied by the 4th order central difference. And in spanwise, Navier-Stokes equation is distributed using of Spectral Method. At Reynolds number 259 the two-dimensional wake becomes linearly unstable to a second branch of modes with wavelength about 1.0 diameters at onset (B-mode). Present results of three-dimensional effects of in wake of a circular cylinder is represented with spanwise and streamwise vorticity contours as Reynolds numbers.
A numerical method for the mathematical water modeling in 2-dimensional flow has been developed. The model based on a split operator technique, in which, the advection term is calculated using the upwind scheme. The diffusion term is one- dimensionalized and calculated using Crank-Nicholson's implicit finite difference scheme to reduce the numerical errors from large time steps and variable spacings. It also provides a relatively simple and economic method for more accurate simulation of pollutant dispersion. Water depths and flow velocities in the Boreyong reservoir during the normal water periods were predicted by numerical experiments with a 2-dimensional flow model so as to provide current field data for the study of advection and diffusion of pollutants. Developed 2-dimensional water quality model is applied to Boreyong reservoir to simulate a spatial and periodical changes of water quality.
Three-dimensional flow analysis is implemented to investigate the flow through transonic axial-flow compressor rotor(NASA R67), and to evaluate the performances of k-$\epsilon$ and Baldwin-Lomax turbulence models. A finite volume method is used for spatial discretization. And, the equations are solved implicitly in time with the use of approximate factorization. Upwind difference scheme is used for inviscid terms, but viscous terms are centrally differenced. The flux-difference-splitting of Roe is used to obtain fluxes at the cell faces. Numerical analysis is performed near peak efficiency and near stall. And, the results are compared with the experimental data for NASA R67 rotor. Blade-to-Blade Mach number distributions are compared to confirm the accuracy of the code. From the results, we conclude that k-$\epsilon$ model is better for the calculation of flow rate and efficiency than Baldwin-Lomax model. But, the predictions for Mach number and shock structure are almost same.
A FA-FD hybrid method, developed for solving three-dimensional incompressible Navier-Stokes equations, is applied to calculate three-dimensional laminar flows through a square duct with a 90° bend. The method discretizes the convective terms in the primary flow direction with 3rd-order upwind finite-differences and the convective and diffusive terms in the transverse directions with the two-dimensional finite analytic method. The non-staggered grid system is used and the pressure-velocity coupling is achieved by a global iteration procedure based on the PISO algorithm. Detailed comparisons between the computed solutions and the available experimental data are given mainly for the velocity distributions at cross-sections in a 90° bend of a square duct with both fully developed and developing entry flows. Although the computational result shows generally a good agreement with the experimental data, there are some significant discrepancies underlining the necessity of more accurate numerical methods as well as reliable experimental data for their validation.
In this study, three-dimensional viscous flow analysis and optimization are presented for the design of a mixed-flow fan. Steady, imcompressible, three-dimensional Reynolds averaged Navier-Stokes equations are used as governing equations, and standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model is chosen as a turbulence model. Governimg equations are discretized using finite volume method. Upwind difference scheme is used for the discretization of the convective term and SIMPLEC algorithm is used as a velocity-pressure correction procedure. The computational results are compared with the results obtained by TASCflow. For the numerical optimization of the design, objective function is defined as a ratio of generation of the turbulent energy to pressure head. Sweep angles are used as design variables.
본 연구는 곡선좌표계에서 유한차분기법(finite difference method)을 이용하여 2차원 흐름이 모의가능한 수치모형을 개발하는 것이다. 기존의 연구는 대부분 직교좌표계(cartesian coordinate system)에서의 격자망을 대상으로 개발되고 적용되었기 때문에 불규칙한 흐름의 경계 및 형상을 올바로 표현하기 어려웠다. 유한요소법이나 유한체적법같은 수치모의기법들이 개발되어 비구조격자체계를 구성하고 자연현상에 가까운 경계 표현할 수 있도록 개발되었다. 하지만 위의 기법들은 질량과 운동량과 같은 물리량을 보존하기 위해서 매우 조밀한 격자체계를 가져야만 한다. 이에 본 연구에서는 기존의 문제점들을 해결하기 위하여 곡선좌표계(curvilinear coordinate system)를 이용하여 지배방정식을 표현하고 2차원 흐름을 모의할 수 있는 모형을 구축한다. 수치모형은 leap-frog기법과 1차 정확도의 풍상차분기법(upwind scheme)을 사용하여 구성하였다. 본 연구에서 개발된 모형을 사각수조 및 만곡수로흐름에 적용하여 모의결과를 해석해 및 실험관측값과 비교하였다. 이로부터 본 수치모형이 해석해 및 실측치와 잘 일치하고 있음을 알 수 있었다.
Numerical solutions for two-dimensional, steady, free convection are presented for a cylinder filled with saturated porous media. An annulus is bounded by inner wall with constant heat flux and two adiabatic horizontal walls with outer wall isothermally cooled. Governing equations are numerically solved for the range of Aspect Ratio 1 to 20, Radius Ratio, 1 to 20, and Rayleigh number, 50 to $10^4$ by Finite Difference method utilizing upwind scheme. Results are presented in terms of stream lines and isotherms, temperature distributions and local Nusselt numbers at the heated wall. Average Nusselt numbers are also presented for the comparisons.
Three-dimensional flow analysis is implemented to investigate the flow through transonic axial-flow compressor rotor(NASA R67) and to evaluate the performances of Abid's low-Reynolds-number k-$\omega$ and Baldwin-Lomax turbulence models. A finite volume method is used fur spatial discretization. The equations are solved implicitly in time by the use of approximate factorization. The upwind difference scheme is used for inviscid terms and viscous terms are approximated with central difference. The flux-difference-splitting method of Roe is used to obtain fluxes at the cell faces. Numerical analysis is performed near peak efficiency and near stall. The results are compared with the experimental data for NASA R67 rotor. Blade-to-Blade Mach number distributions are compared to confirm the accuracy of the code. From the results, it is concluded that Abid'k-$\omega$ model is better for the calculation of flow rate and efficiency than Baldwin-Lomax model. But, the predictions for Mach number and shock structure are almost the same.
Ultrasonic flow metering(UFM) technology is being received much attention from a variety of industrial fields to exactly measure the flow rate. The UFM has much advantage over other conventional flow meter systems, since it has no moving parts, and offers good accuracy and reliability without giving any disturbances to measure the flow rate, thereby not causing pressure losses in the flow fields. In the present study, 3-dimensional, unsteady, compressible Navier-Stokes equations are solved by a finite volume scheme, based upon the second order upwind scheme for spatial derivatives and the multi-stage Runge-Kutta integral method for time derivatives. In order to simulate multi-path ultrasonic flow meter, an excited pressure signal is applied to three different locations upstream, and the pressure signals are received at three different locations downstream. The mean flow velocities are calculated by the time difference between upstream and downstream propagating pressure signals. The obtained results show that the present CFD method simulates successfully ultrasonic meter gas flow and the mean velocity measured along the chord near the wall is considerably influenced by the boundary layers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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