The logarithmic form for turbulent flow analysis guarantees the positivity of the turbulence variables as ${\kappa}$ and ${\varepsilon}$ of the ${\kappa}-{\varepsilon}$ model by using the natural logarithm of these variables. In the present study, the logarithmic form is incorporated into the finite element solution procedure for the unsteady turbulent flow analysis. A backward facing step flow using the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model and a flow around a 2D square cylinder using the modified ${\kappa}-{\varepsilon}$ model (the Kato-Launder model) are simulated. These results show that the logarithmic form effectively keeps adequate balance of turbulence variables and makes the analysis stable during transient or unsteady processes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.8
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pp.1150-1157
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2003
Nonlinear relationship between Reynolds stresses and the rate of strain of nonlinear k-$\varepsilon$models is evaluated theoretically by using the boundary layer assumptions against the turbulence-driven secondary flows in noncircular ducts and then their prediction performance is validated numerically through the application to the fully developed turbulent flow in a square duct. Typical predicted quantities such as mean axial and secondary velocities, turbulent kinetic energy and Reynolds stresses are compared with available experimental data. The nonlinear k-$\varepsilon$ model adopted in a commercial code is found to be unable to predict accurately duct flows with the prediction level of secondary flows one order less than that of the experiment.
Lobosco, Raquel J.;da Fonseca, David O.;Jannuzzia, Graziella M.F.;Costa, Necesio G.
Coupled systems mechanics
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v.8
no.4
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pp.339-350
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2019
A numerical simulation of the incompressible multiphase hydraulic jump flow was performed to compare the interface prediction through the use of the three RANS turbulence models: $k-{\varepsilon}$, $RNGk-{\varepsilon}$ and SST $k-{\omega}$. A three dimensional no submerged hydraulic jump and a two dimensional submerged hydraulic jump were modeled. Both the geometry and the mesh were created using the open source Gmsh code. The project's geometry consists of a rectangular channel with length and height differences between the two dimensional and three dimensional simulations. Uniform hexahedral cells were used for the mesh. Three refining meshes were constructed to allow to verify simulation convergence. The Volume of Fluid (abbr. VOF) method was used for treatment of the air-water surface. The turbulence models were evaluated in three distinct set up configurations to provide a greater accuracy in the flow representation. In the two-dimensional analysis of a submerged hydraulic jump simulation, the turbulence model RNG RNG $k-{\varepsilon}$ provided a better interface adjust with the experimental results than the model $k-{\varepsilon}$ and SST $k-{\omega}$. In the three-dimensional simulation of a no-submerged hydraulic jump the k-# showed better results than the SST $k-{\omega}$ and RNG $k-{\varepsilon}$ capturing the height and length of the ledge with a better fit with the experimental results.
At present the most popular turbulence models used for engineering solutions to flow problems are the $k-{\varepsilon}$ and Reynolds stress models. The shortcoming of these models based on the isotropic eddy viscosity concept and Reynolds averaging in flow fields of the type found in the field of Wind Engineering are well documented. In view of these shortcomings this paper presents the implementation of a non-linear model and its evaluation for flow around a building. Tests were undertaken using the classical bluff body shape, a surface mounted cube, with orientations both normal and skewed at $45^{\circ}$ to the incident wind. Full-scale investigations have been undertaken at the Silsoe Research Institute with a 6 m surface mounted cube and a fetch of roughness height equal to 0.01 m. All tests were originally undertaken for a number of turbulence models including the standard, RNG and MMK $k-{\varepsilon}$ models and the differential stress model. The sensitivity of the CFD results to a number of solver parameters was tested. The accuracy of the turbulence model used was deduced by comparison to the full-scale predicted roof and wake recirculation zone lengths. Mean values of the predicted pressure coefficients were used to further validate the turbulence models. Preliminary comparisons have also been made with available published experimental and large eddy simulation data. Initial investigations suggested that a suitable turbulence model should be able to model the anisotropy of turbulent flow such as the Reynolds stress model whilst maintaining the ease of use and computational stability of the two equations models. Therefore development work concentrated on non-linear quadratic and cubic expansions of the Boussinesq eddy viscosity assumption. Comparisons of these with models based on an isotropic assumption are presented along with comparisons with measured data.
Accurate turbulence modeling is an essential prerequisite for the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) in Wind Engineering. At present the most popular turbulence model for general engineering flow problems is the ${\kappa}-{\varepsilon}$ model. Models such as this are based on the isotropic eddy viscosity concept and have well documented shortcomings (Murakami et al. 1993) for flows encountered in Wind Engineering. This paper presents an objective assessment of several available alternative models. The CFD results for the flow around a full-scale (6 m) three-dimensional surface mounted cube in an atmospheric boundary layer are compared with recently obtained data. Cube orientations normal and skewed at $45^{\circ}$ to the incident wind have been analysed at Reynolds at Reynolds number of greater than $10^6$. In addition to turbulence modeling other aspects of the CFD procedure are analysed and their effects are discussed.
Despite of the laminar-turbulent transition region co-exist with fully turbulence region around the leading edge of an airfoil, still lots of researchers apply to fully turbulence models to predict aerodynamic characteristics. It is well known that fully turbulent model such as standard k-${\varepsilon}$ model couldn't predict the complex stall and the separation behavior on an airfoil accurately, it usually leads to over prediction of the aerodynamic characteristics such as lift and drag forces. So, we apply correlation based transition model to predict aerodynamic performance of the NREL (National Renewable Energy Laboratory) Phase IV wind turbine. And also, compare the computed results from transition model with experimental measurement and fully turbulence results. Results are presented for a range of wind speed, for a NREL Phase IV wind turbine rotor. Low speed shaft torque, power, root bending moment, aerodynamic coefficients of 2D airfoil and several flow field figures results included in this study. As a result, the low speed shaft torque predicted by transitional turbulence model is very good agree with the experimental measurement in whole operating conditions but fully turbulent model(k-${\varepsilon}$) over predict the shaft torque after 7m/s. Root bending moment is also good agreement between the prediction and experiments for most of the operating conditions, especially with the transition model.
Kim, Donghyuk;Ryu, Nayoung;Kim, Man-Bae;Park, Chang-Yong;Kim, Jungwoo
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.14
no.3
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pp.46-50
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2016
The objective of the present study is to perform experiments for water filled cavity heated and cooled from the side at $Ra=8.5{\times}108$. This experiment can provide validation database of the standard k-${\varepsilon}$ turbulence model for single-phase turbulent natural convection which has been regarded as one of the important phenomena in nuclear safety. For the natural convection inside a cavity, temperature and velocity were obtained by thermometry and PIV (Particle Image Velocimetry) methods. These results would be used for validation of standard k-${\varepsilon}$ turbulence model.
Kim, Minjae;Shin, Jihwan;Kwon, Laeun;Lee, Kurnchul
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.17
no.6
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pp.861-867
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2014
In the present study, the flow around a circular cylinder at $Re=3.6{\time}10^6$ is numerically simulated using URANS approach. The objective of this study is to evaluate the turbulence models(Realizable k-${\varepsilon}$, RNG k-${\varepsilon}$) through the prediction of the unsteady flow characteristics around the cylinder. The time-averaged drag coefficients and vortex shedding phenomenon in the wake region are compared to available experimental data and other numerical results. The simulation with Realizable k-${\varepsilon}$ model is found to be more dissipative due to large eddy viscosity predicted in the wake region while the simulation with RNG k-${\varepsilon}$ model predicts a complex vortex shedding phenomenon with more coherent structures realistically.
The Leipzig Wind Profile is generally known as a typical neutral planetary boundary layer flow. But it became clear from the present research that it was not completely neutral but weakly stable. We examined whether we could simulate the Leipzig Wind Profile by using a ($k-{\varepsilon}$) turbulence model including the equation of potential temperature. By solving analytically the Second Moment Closure Model under the assumption of local equilibrium and under the condition of a stratified flow, we expressed the turbulent diffusion coefficients (both momentum and thermal) as functions of flux Richardson number. Our ($k-{\varepsilon}$) turbulence model which included the equation of potential temperature and the turbulent diffusion coefficients varying with flux Richardson number reproduced the Leipzig Wind Profile.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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