Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.3
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pp.77-84
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2003
It is an aim of this study to perform extensive numerical study for analyzing the anisotropic turbulence effects on spatial and temporal behaviors of diesel sprays after wall impingement. The turbulence model of Durbin is used for comparisons with the $k-\varepsilon$ model. The turbulence-induced dispersions of droplets are considered to describe the anisotropy of turbulence effectively and the spray/wall interactions are simulated using the model of Lee and Ryou. The present study investigates the internal structures of impinging diesel sprays such as Sauter mean diameter (SMD), loca1 droplet velocities, and local gas velocities and also compares the results predicted by two turbulence models with the experimental data. The Durbin's model considering the anisotropy of turbulence predicts both gas and droplet tangential velocities better than the$k-\varepsilon$ model does. It is concluded that the anisotropy of turbulence should be considered in simulating impinging diesel sprays.
This paper investigates the impacts of turbulent anisotropy on the mean flow and turbulence structures in vegetated open-channel flows. The Reynolds stress model, which is an anisotropic turbulence model, is used for the turbulence closure. Plain open-channel flows and vegetated flows with emergent and submerged plants are simulated. Computed profiles of the mean velocity and turbulence structures are compared with measured data available in the literature. Comparisons are also made with the predictions by the k-$\epsilon$ model and by the algebraic stress model. For plain open-channel flows and open-channel flows with emergent vegetation, the mean velocity and Reynolds stress profiles by isotropic and anisotropic turbulence models were hardly distinguished and they agreed well with measured data. This means that the mean flow and Reynolds stress is hardly affected by anisotropy of turbulence. However, anisotropy of turbulence due to the damping effect near the bottom and free surface is successfully simulated only by the Reynolds stress model. In open-channel flows with submerged vegetation, anisotropy of turbulence is strengthenednear the vegetation height. The Reynolds stress model predicts the mean velocity and turbulence intensity better than the algebraic stress model or the k-$\epsilon$ model. However, above the vegetation height, the k-$\epsilon$ model overestimates the mean velocity and underestimates turbulence intensity Sediment transport capacity of vegetated open-channel flows is also investigated by using the computed profiles. It is shown that the isotropic turbulence model underestimates seriously suspended load.
It is an aim of this study to perform extensive numerical study for analyzing the anisotropic turbulence effects on spatial and temporal behaviors of droplet for impinging sprays. The turbulence model of Durbin is used for comparisons with the k-ε model. The turbulence-induced dispersions of droplets are considered to describe the anisotropy of turbulence effectively and spray/wall interactions are simulated using the model of Lee and Ryou. Present study investigates the overall and the internal structures of impinging diesel sprays such as spray shapes, radius and height of wall sprays, Sauter mean diameter (SMD), local droplet velocity, and local gas velocity and compared the results with experimental data by two adopted turbulence models. When the anisotropy effect of turbulence is included, better predictions for both gas and droplet tangential velocities are obtained, compared to the k-ε model. It is concluded that anisotropic effect of turbulence should be considered for simulating impinging diesel sprays.
A computational fluid dynamics(CFD) analysis has been made for fully developed turbulent flow in a triangular bare rod bundle with a pitch to diameter ratio (P/D) of 1.123. The nonlinear turbulence models predicted the turbulence-driven secondary flow in the triangular subchannel. The nonlinear quadratic κ-ε models by Speziale[1] and Myong-Kasagi[2] predicted turbulence structure in the rod bundle fairly well. The nonlinear quadratic and cubic k-ε models by Shih et al.[3] and Craft et al.[4] showed somewhat weaker anisotropic turbulence. The differential Reynolds stress model by Launder et al.[5} appeared to over predict the turbulence anisotropy in the rod bundle.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.8
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pp.2572-2592
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1996
A low-Reynolds-number second moment turbulence closure was developed with the aid of DNS data. Model coefficients of nonlinear return to isotropy term were derived by use of Cayley-Hamilton theorem and two component turbulence limit condition as the functions of invariances of anisotropy and turbulent Reynolds number. Launder and Tselepidakis' cubic mean pressure strain model was modified to fit the predicted pressure-strain components to the DNS data. Two component turbulence limit condition was the precondition to be satisfied in developing the second moment turbulence closure for the realizable Reynolds stress prediction. But the satisfactions of Reynolds stress level and pressure-strain level of each component were compromised because the satisfaction of both levels was impossible.
Turbulent motions perturb magnetic field lines and produce magnetic fluctuations. The perturbations leave imprints of turbulence statistics on magnetic field. Observation of synchrotron radiation is one of the easiest ways to study turbulent magnetic field. First, we obtained the spatial spectrum of synchrotron polarization so that shows how the spectrum is affected by Faraday rotation and how to recover the statistics of underlying turbulence magnetic field. Since polarized synchrotron intensity arising from magnetized turbulence are anisotropic along the direction of mean magnetic field. Secondly, we studied quadrupole ratio to quantitatively describe the degree of anisotropy introduced by magnetic field at multi-wavelengths. This work demonstrated that the spectrum and quadrupole ratio of synchrotron polarization can be very informative tools to get detailed information about the statistical properties of MHD turbulence from radio observations of diffuse synchrotron polarization.
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.
A CFD analysis has been performed to investigate turbulent heat transfer in a triangular rod bundle with a pitch-to-diameter ratio(P/D) of 1.06. Anisotropic turbulence models predicted the turbulence-driven secondary flow in the triangular subchannel and the distributions of time mean velocity and temperature showing significantly improved agreement with the measurements over the linear standard ${\kappa}-{\varepsilon}$. The anisotropic turbulence models predicted turbulence structure in large flow region fairly well but could not predict the very high turbulent intensity of azimuthal velocity observed in narrow flow region(gap).
A CFD analysis has been made for fully developed turbulent flows in a triangular bare rod bundle with pitch to diameter ratio (P/D) of 1.123. The nonlinear turbulence models predicted the turbulencedriven secondary flow in the triangular subchannel. The nonlinear quadratic $\kappa-\omega$ models by Speziale and Myong-Kasagi predicted turbulence structure in the rod bundle fairly well. The nonlinear quadratic and cubic $\kappa-\omega$ models by Shih et al. and Craft et al. showed somewhat weaker anisotropic turbulence. The differential Reynolds stress model appeared to overpredict the turbulence anisotropy in the rod bundle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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