본 논문에서는 비압축성 Reynolds-Averaged Navier-Stokes 방정식을 수치 해석하여 자유표면을 포함한 선체 주위의 난류 유동을 계산하였다. 정규격자 상에서 공간의 이산화는 2차 정도의 유한차분법을, 시간의 적분에는 4단계 Runge-Kutta법을 이용하였고, 난류 닫힘 조건을 만족시키기 위해 Baldwin-Lomax 난류 모형을 사용하였다. 자유표면의 위치는 운동학적 경계조건식을 Lax-Wendroff법으로 풀어서 구하였고, 자유표면과 격자 경계면을 일치시키기 위해 매 시간마다 새로 계산된 자유표면 위치에 맞추어 격자를 새로 구성하였다. 속도와 압력에 대한 경계조건은 자유표면에서 점성을 무시하여 근사한 동역학적 조건을 적용해서 구하였다. 본 연구에서 개발된 수치해법을 검증하기 위하여 실험자료가 많은 Wigley 선형과 Sries 60 $C_B=0.6$ 선형에 대해 수치계산을 수행하였고 계산된 선체 주위의 파형이 실험 결과와 잘 일치하는 것을 확인하였다.
A numerical simulation method has been under development for solving turbulent flows around a ship model in maneuvering motion using the Reynolds Averaged Navier-Stokes equations. The method used second-order finite differences, collocated grids, pressure-Poisson equation and four-stage Runge-Kutta scheme as key components of the solution method. A modified Baldwin-Lomax model is used for the turbulence closure. This paper presents a preliminary result of the computational study on turbulent flows past a ship model in drift motion. Calculations are carried out for a Series 60 $C_B=0.6$ ship model, for which detailed experimental data are available. The results of the present calculations are compared with the experimental data for hydrodynamic forces acting on the model as well as velocity distributions at longitudinal sections. Only fair agreements has been achieved. The computational results show the complex asymmetrical shear flow patterns including three-dimensional separations followed by formation of bilge vortices both in bow and stern regions.
This paper describes the air flow characteristics inside the throttle valve. Tow-dimensional steady incompressible Navier-Strokes equation are solved numerically with embedding the conceopt of the artificial compressibility and adopting the Baldwin-Lomax turbulence model. With varying the valve opening angles(the Reynolds number )such as 15$^{\circ}$(5000) , 45$^{\circ}$(3000) , 75$^{\circ}$(7000) and 90$^{\circ}$(10000), respectively. tow cases, with a valve shaft and without one, are analysed. The pressure loss between the entrance and exit is severe at 15$^{\circ}$, 100 times as larger as that of 90$^{\circ}$ case, which also depends much on the existece of the valve shaft. The counter rotating vortices are formed over the valve plate with the shaft at only 75$^{\circ}$. They are smally and very large scale in front and back of the valve shaft , respectively. The velocity profiles of 15$^{\circ}$ and 90$^{\circ}$ at the exit are almost symmetric to the horizontal center line, however, the symmetricity is no longer maintained at 45$^{\circ}$ and 75$^{\circ}$ , and in addition, the flow at 75$^{\circ}$ is enforced a lot below center line. The pressure distribution on the walls is largely changed near the valve shaft, and its magnitude becomes great as the valve angle decreases.
A computer code for solving the Reynolds averaged full Navier-Stokes equations has bent developed for analysis of gas and steam turbine cascade flows with the option of using one of two types of turbulence model. One is the Baldwin-Lomax model and the other is standard $k-{\varepsilon}$ model. The numerical integration is based on the explicit four stage Runge-Kutta scheme and finite volume method. To be verified, the resulting code is applied to VKI turbine cascade and compared with the previous experimental results. Finally, the flowfield around a steam turbine cascade is analyzed. Comparisons with experimental data show that present numerical scheme is an accurate Navier-Stokes solver and can give very good predictions for both gas and steam turbine cascade flow.
Deterioration of surface of turbomachinery blades occurs in course of time due to many factors and hence reduces the performance of the machine. In this paper, the effects of surface roughness of transonic axial compressor blade on performance are studied considering a reference blade and a shape distorted (optimized) blade. Optimal blade is designed considering sweep and lean. Baldwin-Lomax turbulence model is used for flow field analysis and Cebeci-Smith roughness model is formulated for roughness modeling. It is found that, as the surface roughness increases, adiabatic efficiency, total temperature ratio and total pressure ratio decrease while Mach number increases. Performance deterioration is more severe in case of distorted blade as compared to reference blade.
지면효과를 받는 2차원 날개 주위의 난류유동을 비압축성 RANS(Reynolds Averaged Navier Stokes) 방정식과 유한차분법(Finite Difference Method)을 이용하여 해석하였다. 높은 레이놀즈수에 효과적인 Baldwin-Lomax 난류모델을 사용하였다. 본 연구의 목적은 지면효과를 받는 2차원 날개단면에서의 각기 다른 두 바닥 경계조건(이동지면, 고정지면)에 따른 유동의 특성을 파악하는 것이다. Clark-Y(t/C 11.7%)날개단면의 계산 결과와 발표된 계산결과 및 실험 값과의 비교를 통해 본 수치해석 프로그램의 정확성을 검증하였다. NACA4412 날개단면에 대해 지면과의 높이변화에 대해서 두 바닥 경계조건에 대해서 유동해석을 수행하였다 계산결과에 의하면 이동지면과 고정지면에 대해서 양력과 모멘트는 별 차이가 없으나 항력은 고정지면의 경우가 이동지면의 경우보다 다소 작았다. 따라서 풍동시험에서 고정지면의 결과는 이동지면에 비해 상대적으로 저항이 낮게 평가될 가능성이 있다고 본다.
2차 가스 분사 추력벡터 제어 성능 해석을 위한 체계적인 수치계산을 수행하였다. 분사위치와, 노즐 팽창각이 압력비, 추력비, 비추력비 및 축추력 증대와 같은 전체 성능 파라미터에 미치는 2차 분사의 효과를 고찰하였다. 2차 제트 분사에 의한 복잡한 노즐 배기 유동에 대한 수치 해석은 Baldwin-Lomax 난류 모델을 포함하는 비정상 3차원 레이놀즈 평균 Navier-Stokes 방정식을 이용하여 수행하였고, 팽창 팽착반각이 $9.6^{\cire}$인 로켓 노즐에서의 2차 공기분사에 대해 적용, 실험값과 비교, 검증 하였다. 전체 성능 파라미터에 대한 결과로서 주 노즐의 하류에 2차 분사구를 위치시키는 것이 반사 충격파의 발생을 방지하며, 넓은 적용범위에 대하여 효율적이고 안정한 추력 방향제어에 적합한 것으로 나타났다.
In the present numerical analysis, investigation of the effect of blade loadings from design shape on the slip factor variation was studied. Both the Eckardt radial bladed impeller and the backswept impeller were analyzed. In addition, a new design of the blade profile was arbitrarily attempted to generate a center-loading pattern in the original backswept impeller. Three dimensional compressible Navier-Stokes flow analysis with the Baldwin-Lomax turbulence model was applied to get the numerical slip factor at each impeller exit plane using the mass-averaging technique. The numerical slip (actors are in good agreement with the experimental ones and the Wiesner's slip factors deviate further from the numerical and experimental ones in both backswept impellers. Deviation angles and meridional channel loadings are found in no relation with the trend of change of the slip factor. Blade-to-blade loadings in midspan location are, however, found to have a direct relationship, especially at the sections where maximum loadings we to be expected. That information can be utilized in establishing an improved expression for slip factors in the future.
Design optimization of a transonic compressor rotor (NASA rotor 37) using response surface method and three-dimensional Navier-Stokes analysis has been carried out in this work. Baldwin-Lomax turbulence model was used in the flow analysis. Three design variables were selected to optimize the stacking line of the blade. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, adiabatic efficiency was successfully improved. It is also found that the design process provides reliable design of a turbomachinery blade with reasonable computing time.
Numerical optimization techniques combined with a three-dimensional thin-layer Navier-Stokes solver are presented to find an optimum shape of a stator blade in an axial compressor through calculations of single stage rotor-stator flow. Governing differential equations are discretized using an explicit finite difference method and solved by a multi-stage Runge-Kutta scheme. Baldwin-Lomax model is chosen to describe turbulence. A spatially-varying time-step and an implicit residual smoothing are used to accelerate convergence. A steady mixing approach is used to pass information between stator and rotor blades. For numerical optimization, searching direction is found by the steepest decent and conjugate direction methods, and the golden section method is used to determine optimum moving distance along the searching direction. The object of present optimization is to maximize efficiency. An optimum stacking line is found to design a custom-tailored 3-dimensional blade for maximum efficiency with the other parameters fixed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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