We propose a wall distance free one-equation turbulence model. The model is organized in an extremely simple form. Only a few model constants were introduced into the model. The model is numerically tough and easy-of-use. The model also demonstrated the ability to simulate the laminar to turbulent flow transition. The model has been applied to the channel flow, the plane jet, the backward facing step flow, the flat plate boundary layer, as well as the flow around the 2D airfoil at large angles of attack, which obtained satisfactory results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.9
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pp.923-930
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2012
The wall heat transfer of backward-facing step laminar flows with different Prandtl numbers and a pulsating inlet is investigated by unsteady simulations. The inlet is perturbed by the variation of frequency and amplitude. Temperature-dependent transport properties are adopted. Various characteristics of the wall heat transfer are explained by the variation of the thermal boundary layer. For Pr < 1, the wall heat transfer of temperature-dependent properties is decreased compared to that of constant properties, whereas it increases for Pr < 1. In addition, the wall heat transfer increases depending on the pulsating amplitude. However, the results of frequency variation for St < 0.2 show that the heat transfer is strongly enhanced at a specific frequency. In particular, the increase in the wall heat transfer is strongly related to the root mean square of the fluctuations of the reattachment length.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.6
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pp.83-90
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2016
Ramjet mode combustion test was performed for a dual-mode ramjet engine model. The engine model consists of an air intake, a combustor and a nozzle. The combustor in the model has a large backward-facing step, designed to be used as a part of a rocket-based combined cycle engine. The test was performed at the flight speed of Mach 5 and the altitude of 24 km. Strong combustion was established only when the fuel was injected from both of the bottom-side and cowl-side wall. When the total fuel stoichiometric ratio was 1.0, distributed as 0.5 on the cowl side and 0.5 on the bottom side, the flow became subsonic at some portion in the combustor by thermal choking, i.e., ramjet mode was established for this condition.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.5
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pp.999-1011
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1989
A consideration on the trubulence models for describing the redeveloping turbulent boundary layer beyond separation-reattachment in the flow over a backward-facing step is given through experimental and numerical studies. By considering the blance among the measured values of respective terms in the transport equations for the turbulent kinetic energy and the turbulent shear stress, the recovering process of the redeveloping boundary layer from non-equilibrium to equilibrium has been investigated, which takes place slowly over a substantial distance in the downstream direction. In the numerical study, the standard K-.epsilon. model and the Reynolds stress model have been applied to two kinds of flow regions, one for the entire downstream region after the backward-facing step and another for the downstream region after reattachment. Then the results are compared to a meaningful extent, with the experimental values of the turbulent kinetic energy k, the turbulent energy production term P, the dissipation term K-.epsilon. model, a necessity for a new modelling has been brought forward, which can be also applied to the case of the nonequlibrium turbulent flow.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2019.05a
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pp.105-105
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2019
보나 여수로와 같은 수공구조물의 주변에서 발생하는 흐름 거동은 구조물 모서리에서 발생하는 흐름분리(flow separation)와 이에 따른 전단층(shear layer)과 재순환(recirculation) 흐름 영역의 발달 그리고 분리된 흐름의 재부착(reattachment)이 특징이다. 공학적으로 난류의 해석에 있어서 이러한 흐름 거동들을 정확하게 예측하는 것은 수공구조물 설계에 있어서 중요하다. 이 연구에서는 흐름 분리와 재순환 영역의 발달 그리고 흐름 재부착을 포함하는 후방계단(backward-facing step) 흐름을 155,000의 레이놀즈수 조건에서 하이브리드 RANS/LES 모델을 적용하여 해석결과를 평가한다. 하이브리드 모델로는 벽에 인접한 격자의 해상도에 상대적으로 민감하지 않은 SST(shear-stress transport) 난류 모델을 이용하는 DES(detached-eddy simulation) 기법을 적용하였다. 계단 높이가 h인 계산영역은 흐름방향 길이가 34h, 높이는 계단 상류와 하류에서 각각 1h와 2h 그리고 폭은 $2{\pi}$이다. 계단은 상류단으로부터 10h 하류부 지점에 위치한다. 경계조건으로 상부와 하부 벽면에 대해서는 비활조건을 적용한다. 상류부 수로에서 완전 발달한 흐름을 재현하기 위해서 유입경계조건은 유입부 하류 $2{\pi}h$ 지점에서 계산된 유속과 난류량을 매핑(mapping)기법을 이용하여 반복적으로 적용한다. 총 3.1백만개와 7.3백만개의 셀로 계산영역을 구현한 두 개의 계산격자 그리고 약 3.1백만개의 셀을 이용했지만 벽면 근처에서의 격자 구성을 다른 방식으로 설정한 두 가지 격자를 이용하여 격자 해상도가 DES 수치해석 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 수치해석결과는 본 연구에서 상류단 조건으로 적용한 매핑기법이 대상 수로에서 완전 발달한 흐름을 잘 재현함을 보여주며, 합리적인 DES 해석 결과를 얻기 위해서는 벽에 수직한 방향으로 적절한 격자의 해상도와 분포가 필요함을 보여준다.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.8
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pp.1023-1032
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2003
The effect of local forcing on the separated flow over a backward-facing step is investigated through hot-wire measurements and flow visualization with multi-smoke wires. The boundary layer upstream of the separation point is laminar and the Reynolds number based on the free stream velocity and the step height is 13800. The local forcing is given from a slit located at the step edge and the forcing signal is always defined when the wind tunnel is in operation. In case of single frequency forcing, the streamwise velocity and the reattachment length are measured under forcing with various forcing frequencies. For the range of 0.010〈S $t_{\theta}$〈0.013, the forcing frequency component of the streamwise velocity fluctuation grows exponentially and is saturated at x/h = 0.75 , while its subharmonic component grows following the fundamental and is saturated at x/h = 2.0. However, the saturated value of the subharmonic is much lower than that of the fundamental. It is observed that the vortex formation is inhibited by the forcing at S $t_{\theta}$ = 0.019 . For double frequency forcing, natural instability frequency is adopted as a fundamental frequency and its subharmonic is superposed on it. The fundamental frequency component of the streamwise velocity grows exponentially and is saturated at 0.5 < x/h < 0.75, while its subharmonic component grows following the fundamental and is saturated at x/h= 1.5 . Furthermore, the saturated value of the subharmonic component is much higher than that for the single frequency forcing and is nearly the same or higher than that of the fundamental. It is observed that the subharmonic component does not grow for the narrow range of the initial phase difference. This means that there is a range of the initial phase difference where the vortex parring cannot be enhanced or amplified by double frequency forcing. In addition, this effect of the initial phase difference on the development of the shear layer and the distribution of the reattachment length shows a similar trend. From these observations, it can be inferred that the development of the shear layer and the reattachment length are closely related to the vortex paring.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.48-54
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2004
The effects of injector spacing s and injector diameter d on mixing are numerically investigated in supersonic combustor with perpendicular injection behind a backward-facing step. Simulations are reported for airstream Mach number of 2.4. Parameters are changed on following 4 cases to investigate the effects of injector configuration on mixing efficiency $\eta_m$. In the case of varying d or s, dynamic pressure ratio $Rq(=(pu^2)_j/(pu^2)_a)$ is also varied to keep bulk equivalence ratio $\Phi({\oe})Rq.d^2/s)$ constant. (l) Injector spacing s is varied at constant $\Phi$=0.5, 1, 2 for injector diameter d=6mm. In the case of $\Phi$=1, $\eta_m$ has its maximum value at s=24mm. The reason is that increase of $\eta_m$. , by widening spacing at Rq=constant competes with decrease of $\eta_m$ by increasing Rq at s=constant. When spacing is narrow, the flow field of vicinity of injector becomes two-dimensional because adjacent jets interferes each other. By widening spacing, air is easily entrained by three-dimensional effect. This mechanism also appears in the case of $\Phi$=0.5, 2 for d=6mm, and $\eta_m$. reaches its maximum value at s=24mm for $\Phi$=0.5 and at s=42mm for $\Phi$=2. (2) In the case of injector diameter d varied at $\Phi$=1 for s=30mm, $\eta_m$. has its maximum value at d=3mm. The reason is that decrease of $\eta_m$ by increasing injector diameter competes with increase of $\eta_m$ by decreasing Rq at d=constant.(3) In the case of s varied at $\Phi$=0.5, 1,2 for d=3mm, the injector spacing at which mixing efficiency has its maximum value is s= 18mm for $\Phi$=0.5, s=24mm for $\Phi$=1, s=24mm for $\Phi$=2. Therefore it is found that d=3mm and s=24mm can be optimum configuration over a range of $\Phi$=0.5~2.(4) The effect of h on the optimum spacing is investigated. s is varied for d=6mm at step height h=4, 6, 8mm. The simulation results do not show significant change on the step height.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.8
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pp.1097-1104
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2003
The current study analyzes Langmuir slip boundary condition theoretically and it is tested in practical numerical analysis for separation-associated flow. Slip phenomenon at the channel wall is properly implemented by various numerical slip boundary conditions including Langmuir slip model. Compressible backward-facing step flow is compared to other analysis results with the purpose of diatomic gas Langmuir slip model validation. The numerical solutions of pressure and velocity distributions where separation occurs are in good agreement with other numerical results. Numerical analysis is conducted for Reynolds number from 10 to 60 for a prediction of separation at T-shaped micro manifold. Reattachment length of flows shows nonlinear distribution at the wall of side branch. The Langmuir slip model predicts fairly the physics in terms of slip effect and separation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.3
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pp.350-357
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1997
The transient incompressible flow behind the axisymmetric bluff body is numerically simulated using the random vortex method(RVM). Based on the vorticity formulation of the unsteady Navier-Stokes equations, the Lagrangian approach with a stochastic simulation of diffusion using random walk technique is employed to account for the transport processes of the vortex elements. The numerical solutions for 2-dimensional recirculating flow behind a backward-facing step in the laminar range of Reynolds number are compared with experimental data. The present simulation focuses on the transitional flow regime where the recirculation zone behind the bluff body becomes highly unsteady and large-scale vortex eddies are shed from the bluff body wake due to intrinsic shear layer instabilities. The unsteady vertical flow structures and the mixing characteristics behind the bluff body are discussed in detail.
This paper evaluates performances of a recently developed divergence-free finite element method based on Hermite interpolated stream functions. Velocity bases are derived from Hermite interpolated stream functions to form divergence-free basis functions. These velocity basis functions constitute a solenoidal function space, and the simple gradient of the Hermite functions constitute an irrotational function space. The incompressible Navier-Stokes equation is orthogonally decomposed into a solenoidal and an irrotational parts, and the decoupled Navier-Stokes equations are projected onto their corresponding spaces to form proper variational formulations. To access accuracy and convergence of the present algorithm, three test problems are selected. They are lid-driven cavity flow, flow over a backward-facing step and buoyancy-driven flow within a square enclosure. Hermite interpolation functions from cubic to quintic are chosen to run the test problems. Numerical results are shown. In all cases it has shown that the present method has performed well in accuracies and convergences. Moreover, the present method does not require an upwinding or a stabilized term.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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