온도예조건화 나비어스톡스 방정식의 계산오차를 줄이기 위한 방법을 제시하였다. 이 방법은 또한 기존 예조건화 방법론에도 적용하였다. 제시된 방법의 타당성을 검토하기 위하여 다양한 마하수의 원형 실린더 주위의 단열 층류 점성 유동을 계산하였다. 엔탈피의 재정의를 통해 총엔탈피의 크기 정도를 줄임으로써 계산오차에 의한 온도예조건화의 수렴성 문제가 해결됨을 보였다.
온도예조건화 방법을 Navier-Stokes 방정식에 적용하여 보았다. 그리고 Navier-Stokes 방정식에 적절한 기준마하수를 결정하기 위해 확산마하수 개념을 도입하였다. 다양한 레이놀즈수에 대한 실린더 주위의 2차원 유동을 계산하였다. 온도예조건화를 Navier-Stokes 방정식에 적용한 결과, 수렴특성이 주목할 만큼 개선되는 것을 보였다. 그리고 확산마하수로 수정한 기준마하수는 국부적으로 마하수가 낮은 영역의 수렴성 문제를 상당히 완화시키는 것을 확인하였다.
가스터빈에 적용되는 천음속 원심압축기에 대한 공력설계 및 수치해석을 수행하였다. 평균유선법과 준삼차원 해석을 기반으로 공력설계를 수행하고, 레이놀즈 평균 나비어-스톡스 해석을 통해 압축기 내부 유동장을 해석하였다. 천음속 압축기에서 정압계수, 스월 파라미터 및 블레이드 공력하중 등 주요 공력파라미터들에 대한 분석과 임펠러와 디퓨저 내부 유동장에 대한 고찰이 이루어졌다.
The three-dimensional Stokes flow within a staggered screw channel is obtained by using a finite volume method. The geometry is intended to mimic the single screw extruder having staggered arrangement of flights. The flow solution is then subjected to the analysis of the stirring performance. In the analysis of the stirring performance, the stretching-mapping method developed by the author is employed for calculating the materials' stretching exponents, which are to be used in quantification of the mixing effect. The numerical results Indicate that the staggered geometry gives indeed far much better stirring-performance than the standard (nonstaggered) flight geometry. It was also shown that care must be given to the selection of the basis planes for evaluating the local stretching rate, and it turns out that the best method (H-method) has its basis plane just on the half way between the past and future evolution of fluid particles subjected to the defromation. In evaluating the stretching exponent, the expansion ratio must be considered which is one of the characteristic differences of the actual three-dimensional flows from the two-dimensionmal counterparts. The larger axial pressure-difference causes in general the smaller stirring performance while the flow rate is increased. The smaller channel length also increases the stirring performance.
A theoretical analysis is conducted on the Stokes flow in a narrow channel. A vertical fin is mounted on the bottom plate and the flow is induced by uniformly sliding top plate. The governing harmonic equation was solved in the transformed ζ-plane, which is obtained by applying conformal mappings to the physical plane. By using well-known transformation technique, closed-form expressions for velocity and skin frictional stress on the top and bottom plates were obtained.
본 연구에서는 3차원, 비압축성 유동에 적용 가능한 순수 벡터 포텐셜 방법 (Pure Vector Potential Method, PVPM for short)의 정식화를 수행하였고, 2차원의 경우에 적용 가능한 수치적 방법과 경계조건의 부여법을 상세히 설명하였다. 이 방법의 타당성을 검증하기 위하여 급작스럽게 출발하는 벽구동 웅덩이 내부 유동과 엄밀해가 존재하는 Stokes의 제 1문제를 수치해석하였다. 계산 결과들은 이 두 유동의 중요한 거동을 매우 잘 묘사하였다.
본 연구에서는 3차원 압축성 내부유동해석 코드를 개발하여 터어빈 정익이나 동익 내부의 차원 익렬 유동을 수치적으로 해석하고자 한다. 여기에서 사용된 코드 는 Obyashi의 LU-ADI기법을 이용한 기존의 2차원 익렬 유동해석 코드를 3차원 유동장 으로 학장한 것이고, 난류유동해석에는, Baldwin-Lomax의 박층 대수모델을 3차원으로 확장한 알고리즘을 적용하였다.Kiock등이 실험한 선형 터어빈 익렬 내부의 천음속 유동장에 적용하여 양끝 벽면에 의한 3차원 유동장 특성을 분석하고, 3차원 익렬 유동 코드의 적합성을 검토하였다.
Cavitating flow simulation is of practical importance for many engineering systems, such as marine propellers, pump impellers, nozzles, injectors, torpedoes, etc. The present work has focused on the simulation of cavitating flow past cylinders with strong side flows. The governing equation is the Navier-Stokes equation based on the homogeneous mixture model. The momentum and energy equation is in the mixture phase while the continuity equation is solved liquid and vapor phase, separately. An implicit dual time and preconditioning method are employed for computational analysis. For the code validation, the results from the present solver have been compared with experiments and other numerical results. A fairly good agreement with the experimental data and other numerical results have been obtained. After the code validation, the strong side flow was applied to include the wake flow effects of the submarine or ocean tide.
In general, flow analysis programs have been built in not JAVA language but such as Fortran, C or C++ because of a merit in performance of computation. However, most developer of those languages are not free for use. User should purchase the development tools of programs, and install it on their own computer. Fortunately, JAVA is a free software, and can be used to develop WEB-based programs. It is well known that the JAVA language is time consuming for calculating. However, the performance of computer power has been increased continuously, so it is sure that the former states can be overcome. In the present study, a flow analysis program, which is interactive with Graphics, using the Web-based programing language, JAVA, has been developed for solving the two-dimensional flow motion.
Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes(URANS) and Large Eddy Simulation(LES) simulation of an axial flow fan are calculated upon same conditions and computational grids in order to study aeroacoustic noise of an axial flow fan numerically. Results of computed performance and predicted noise are compared with those of measurement. Both performances show accurate results with a significant difference of less than 5%. However, noise of LES result is more close to measured noise qualitatively than URANS. Levels of tonal noises of both LES and URANS are quite similar with those of measured at BPF(Blade Passing Frequency) in sound spectrum. However, as leading edge separation and tip vortex shedding phenomena of LES are showed more clearly than those of URANS, sound level of broadband noise of LES corresponds better than that of URANS, especially.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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