The vibration of a semi-circular pipe conveying fluid is studied when the pipe is clamped at both ends. To consider the geometric nonlinearity, this study adopts the Lagrange strain theory for large deformation and the extensible dynamics based on the Euler-Bernoulli beam theory for slenderness assumption. By using the Hamilton principle, the non-linear partial differential equations are derived for the in-plane motions of the pipe, considering the fluid inertia forces as a kind of non-conservative forces. The linear and non-linear terms in the governing equations are compared with those in the previous study, and some significant differences are discussed. To investigate the dynamic characteristics of the system, the discretized equations of motion are derived from the Galerkin method. The natural frequencies varying with the flow velocity are computed from the two cases, which one is the linear problem and the other is the linearized problem in the neighborhood of the equilibrium position. Finally, the time responses at various flow velocities are directly computed by using the generalized-$\alpha$ method. From these results, we should consider the geometric nonlinearity to analyze dynamics of a semi-circular pipe conveying fluid more precisely.
The non-linear dynamic characteristics of a semi-circular pipe conveying fluid are investigated when the pipe is clamped at both ends. To consider the geometric non-linearity for the radial and circumferential displacements, this study adopts the Lagrange strain theory for large deformation and the extensible dynamics based on the Euler-Bernoulli beam theory for slenderness assumption. By using the Hamilton principle, the non-linear partial differential equations are derived for the in-plane motions of the pipe, considering the fluid inertia forces as a kind of non-conservative forces. The linear and non-linear terms in the governing equations are compared with those in the previous study, and some significant differences are discussed. To investigate the dynamic characteristics of the system, the discretized equations of motion are derived form the Galerkin method. The natural frequencies varying with the flow velocity are computed fen the two cases, which one is the linear problem and the other is the linearized problem in the neighborhood of the equilibrium position. Finally, the time responses at various flow velocities are directly computed by using the generalized- method. From these results, we should to describe the non-linear behavior to analyze dynamics of a semi-circular pipe conveying fluid more precisely.
A numerical simultaneous solution involving a linear elastic model was applied to study the fluid-structure interaction (FSI) of membrane structures under wind actions, i.e., formulating the fluid-structure system with a single equation system and solving it simultaneously. The linear elastic model was applied to managing the data transfer at the fluid and structure interface. The monolithic equation of the FSI system was formulated by means of variational forms of equations for the fluid, structure and linear elastic model, and was solved by the Newton-Raphson method. Computation procedures of the proposed simultaneous solution are presented. It was applied to computation of flow around an elastic cylinder and a typical FSI problem to verify the validity and accuracy of the method. Then fluid-structure interaction analyses of a saddle membrane structure under wind actions for three typical cases were performed with the method. Wind pressure, wind-induced responses, displacement power spectra, aerodynamic damping and added mass of the membrane structure were computed and analyzed.
The numerical model that can describe the ignition of pseudospark discharge using hybrid fluid-particle(Monte Carlo )method has been developed. This model consists of the fluid expression for transport of electrons and ions and Poisson's equation in the electric field. The fluid equation determines the spatiotemporal dependence of charged particle densities and the ionization source term is computed using the Monte carlo method. This model has been used to study the evolution of a discharge in Argon at 0.5 torr, with an applied voltage if 1kV. The evolution process of the discharge has been divided into four phases along the potential distribution : (1) Townsend discharge, (2) plasma formation, (3) onset of hollow cathode effect, (4) plasma expansion. From the numerical results, the physical mechanisms that lead to the rapid rise in current associated with the onset of pseudospark could be identified.
Internal waves are computed using a ghost fluid method on an unstructured grid. Discontinuities in density and dynamic pressure are captured in one cell without smearing or oscillations along a multimaterial interface. A time-accurate incompressible Navier-Stokes/Euler solver is developed based on a three-point backward difference formula for the physical time marching. Artificial compressibility is introduced with respect to pseudotime and an implicit method is used for the pseudotime iteration. To track evolution of an interface, a level set function is coupled with the governing equations. Roe's flux difference splitting method is used to calculate numerical fluxes of the coupled equations. To get higher order accuracy, dependent variables are reconstructed based on gradients which are calculated using Gauss theorem. For each edge crossing an interface, dynamic pressure is assigned for a ghost node to enforce the continuity of total pressure along the interface. Solitary internal waves are computed and the results are compared with other computational and experimental results.
본 연구에서는 축대칭 형상의 하이드로 미케니칼 디프드로잉 공정을 강소성 유한요소법으로 해석하는 것이다. 본 논문에서는 Fig.1에서 보이는 바와 같은 경우 에 대하여 평두 펀치(flat headed punch)를 사용한 공정을 강소성 유한요소법으로 해 석하였으며 펀치 행정에 따른 챔버내의 압력 및 플랜지부의 압력분포를 구하였다. 접촉부의 처리는 플랜지부의 압력분포를 구하였다. 접촉부의 처리는 Yang등이 제안 한 방법을 적용하였다. 이론해석의 타당성을 알아보기 위하여 금형을 설계, 제작하 고 실험을 수행하여 결과를 비교 검토하였다.
We conduct numerical simulations of the interaction of a deformable structure with two-phase compressible flow. The finite volume method (FVM) is used to simulate fluid phenomena including a shock wave, a gas bubble, and the deformation of free surface. The deformation of a floating structure is computed with the finite element method (FEM). The compressible two-phase volume of fluid (VOF) method is used for the generation and development of a cavitation bubble, and the immersed boundary method (IBM) is used to impose the effect of the structure on the fluid domain. The result of the simulation shows the generation of a shock wave, and the expansion of the bubble. Also, the deformation of the structure due to the hydrodynamic loading by the explosion is identified.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권3호
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pp.213-221
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2016
Due to the nature of cavitation numerical analyses, computational optimization of a pump with respect to the cavitation properties is extremely demanding. In this paper it is shown how a combination of Transient Blade Row (TBR) method and some simplifications can be used for making the optimization process more efficient and thus possible on current generation of hardware. The aim of the paper is not the theory of hydraulic design. Instead, the practical aspects of numerical optimization are shown. This is done on an example of a radial pump and a combination of ANSYS CFX, ANSYS software tools and custom scripts is used. First, a comparison of TBR and fully-transient simulation is made. Based on the results, the TBR method is chosen and a parametric model assembled. Design of Experiment (DOE) table is computed and the results are used for sensitivity analysis. As the last step, the final design is created and computed as fully-transient. In conclusion, the results are discussed.
The interaction between particles and fluid was investigated by IB-SEM numerical method which is a combination of combing the spectral/hp element method and the rigid immersed boundary method. The accuracy of this numerical method was verified based on the computed results with the traditional body-fitted mesh in numerical simulation of the flow through the cylinder. Then the governing equations of particles motion and contact in fluid are constructed. The movement of the particles and the interaction between the fluid and the particles are investigated. This method avoided the problem of low computational efficiency and error caused by the re-division of the grid when the solids moved. Finally, the movement simulation of multi particles in the fluid was carried out, which can provide a completely new numerical simulation method.
In the present study a method of computing fluid-structure interaction is presented to simulate the deformation shape of an oil fence which is used to contain or to divert the split oil in sea water. The computation is performed by taking into account of the force and moment balance in each computational element of the oil fence. The forces and moments acting on each element of the structure is computed from the flow analysis, which in turn is used to predict deformed shape of the structure until the procedure converges. The flexibility of the oil fence was also considered in the analysis. It is shown from the present study that the predicted deformed shapes agree quite well with the available experiment data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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