The Pre-processor program for CFD is being developed using wxWidgets and OpenGL libraries. This program can be run on both Windows and Linux operating systems. Undergraduate students and beginners can learn and use this very easily by menu and templates. Until now, structured mesh can be created in Cartesian or Cylindrical coordinates. This program will be used easily to make various type of meshes using templates.
This paper presents incompressible Navier-Stokes solution algorithm for 2D Free-surface flow problems on the Cartesian mesh, which was implemented to run on Graphics Processing Units(GPU). The INS solver utilizes the variable arrangement on the Cartesian mesh, Finite Volume discretization along Constrained Interpolation Profile-Conservative Semi-Lagrangian(CIP-CSL). Solution procedure of incompressible Navier-Stokes equations for free-surface flow takes considerable amount of computation time and memory space even in modern multi-core computing architecture based on Central Processing Units(CPUs). By the recent development of computer architecture technology, Graphics Processing Unit(GPU)'s scientific computing performance outperforms that of CPU's. This paper focus on the utilization of GPU's high performance computing capability, and presents an efficient solution algorithm for free surface flow simulation. The performance of the GPU implementations with double precision accuracy is compared to that of the CPU code using an representative free-surface flow problem, namely. dam-break problem.
본 논문에서는 일반적으로 직교 좌표계에서 구현되는 듀얼 컨투어링을 구면 좌표계에서 구현하고 그 특성들을 살펴 본다. 듀얼 컨투어링을 구면 좌표계에서 구현하기 위해서 먼저 팔진 트리(octree)를 구면 좌표계에서 정의한다. 이렇게 정의된 구면 팔진 트리(spherical octree)를 기반으로 하는 듀얼 컨투어링 방식은 SDF(signed distance field) 등의 점진적 폴리곤화에서 직교 좌표계에서의 팔진 트리에 비해 동일한 트리 레벨에서 생성되는 버텍스(vertex) 갯수가 줄어드는 특징을 가진다. 특히 구면에 가까운 모델의 경우 압축 등 이용 가능한 정보가 제한적인 애플리케이션에서 직교 좌표계 보다 세밀하고 부드러운 곡면을 얻을 수 있는 장점이 있다.
Simulation of flow past a complex marine structure requires a fine resolution in the vicinity of the structure, whereas a coarse resolution is enough far away from it. Therefore, a lot of grid cells may be wasted, when a simple Cartesian grid system is used for an Immersed Boundary Method (IBM). To alleviate this problems while maintaining the Cartesian frame work, we adopted an Adaptive Mesh Refinement (AMR) scheme where the grid system dynamically and locally refines as needed. In this study, We implemented a moving IBM and an AMR technique in our basic 3D incompressible Navier-Stokes solver. A Volume Of Fluid (VOF) method was used to effectively treat the free surface, and a recently developed Lagrangian Dynamic Subgrid-scale Model (LDSM) was incorporated in the code for accurate turbulence modeling. To capture vortex induced vibration accurately, the equation for the structure movement and the governing equations for fluid flow were solved at the same time implicitly. Also, We have developed an interface by using AutoLISP, which can properly distribute marker particles for IBM, compute the geometrical information of the object, and transfer it to the solver for the main simulation. To verify our numerical methodology, our results were compared with other authors' numerical and experimental results for the benchmark problems, revealing excellent agreement. Using the verified code, we investigated the following cases. (1) simulating flow around a floating sphere. (2) simulating flow past a marine structure.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권2호
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pp.295-310
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2015
In the present study, an unstructured mixed mesh flow solver was used to conduct a numerical prediction of the aerodynamic performance of the S-76 rotor in hover. For the present mixed mesh methodology, the near-body flow domain was modeled by using body-fitted prismatic/tetrahedral cells while Cartesian mesh cells were filled in the off-body region. A high-order accurate weighted essentially non-oscillatory (WENO) scheme was employed to better resolve the flow characteristics in the off-body flow region. An overset mesh technique was adopted to transfer the flow variables between the two different mesh regions, and computations were carried out for three different blade configurations including swept-taper, rectangular, and swept-taper-anhedral tip shapes. The results of the simulation were compared against experimental data, and the computations were also made to investigate the effect of the blade tip Mach number. The detailed flow characteristics were also examined, including the tip-vortex trajectory, vortex core size, and first-passing tip vortex position that depended on the tip shape.
A hybrid particle-mesh method as the combination between the Vortex-In-Cell (VIC) method and penalization method has been achieved in recent years. The VIC method, which is based on the vorticity-velocity formulation, offers particle-mesh algorithms to numerically simulate flows past a solid body. The penalization method is used to enforce boundary conditions at a body surface with a decoupling between body boundaries and computational grids. The main advantage of the hybrid particle-mesh method is an efficient implementation for solid boundaries of arbitrary complexity on Cartesian grids. However, a numerical simulation of flows in large domains is still not too easy. In this study, a multi-domain approach is thus proposed to further reduce computation cost and easily implement it. We validate the implementation by numerical simulations of an incompressible viscous flow around an impulsively started circular cylinder.
This paper describes large eddy simulation of wind pressures on a square cylinder in a uniform flow and a high-rise building immersed in an atmospheric turbulent boundary layer. For the atmospheric boundary layer case, the inflow turbulence is generated by a numerical wind tunnel. In the numerical simulation, particular attention is devoted to the performance of an auto hexahedral non-structural mesh. Both simulations are performed for three grid systems: an auto hexahedral non-structured grid, a structured Cartesian grid and a non-structured triangular prism grid, and for three grid numbers. The present study shows that the auto hexahedral unstructured mesh achieves the best simulation results for wind pressures on the square cylinder and the high-rise building. When the grid number is sufficiently large, the differences among the results obtained from the three investigated grid systems are not significant. However, the advantage of the auto hexahedral unstructured mesh becomes clear when the grid number decreases, because it enables a balanced distribution of orthogonal grids. The results described in this paper demonstrate that the auto hexahedral non-structured mesh has good potential applicability to simulation of urban flows.
We extend the octree subdivision process from Cartesian coordinates to spherical coordinates to develop more efficient space-partitioning structure for surface models. As an application of the proposed structure, we apply the octree subdivision in spherical coordinates ("S-Octree") to geometry compression in progressive mesh coding. Most previous researches on geometry-driven progressive mesh compression are devoted to improve predictability of geometry information. Unlike this, we focus on the efficient information storage for the space-partitioning structure. By eliminating void space at initial stage and aligning the R axis for the important components in geometry information, the S-Octree improves the efficiency in geometry information coding. Several meshes are tested in the progressive mesh coding based on the S-Octree and the results for performance parameters are presented.
The knowledge of air flow in an engine room has become more and more important in recent car design. The fluid flow in the engine compartment was investigated by numerical analysis. Due to the complex geometry of the engine compartment, mesh generation is a time-consuming job. In this research, the "ICEM" code was used to generate meshes by the Cartesian mesh model. The Reynolds-averaged Navier Stokes equations, together with the porous flow model for radiator and condenser, were solved. Computation was performed for the steady, incompressible, and high speed viscous flow, adopting the standard K-ε turbulence model. The "STAR-CD" code was used as a solver. The effect of car front openning area on the flow in engine room was also investigated.
An efficient solution algorithm for simulating free surface problem is presented. Navier-Stokes equations for variable density incompressible flow are employed as the governing equation on Cartesian meshes. In order to describe the free surface motion efficiently, VOF(Volume Of Fluid) method utilizing THINC(Tangent of Hyperbola for Interface Capturing) scheme is employed. The most time-consuming part of the current free surface flow simulations is the solution step of the linear system, derived by the pressure Poisson equation. To solve a pressure Poisson equation efficiently, the PCG(Preconditioned Conjugate Gradient) method is utilized. This study showed that the proper application of the preconditioner is the key for the efficient solution of the free surface flow when its pressure Poisson equation is solved by the CG method. To demonstrate the efficiency of the current approach, we compared the convergence histories of different algorithms for solving the pressure Poisson equation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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