The conventional numerical models to analyze flow in subsurface porous media under the transient state usually generate numerical oscillation and unstability due to local flux domain for critical cases such as infiltration into initially dry soil during rainfall period. In this case, it is required refined mesh and small time step, but it decrease efficiency of computation. In this study, numerical unstability in discontinuity domain is removed by applying particle tracking algorithm to simulate unsteady subsurface flow with inflow boundary condition. Finally the hybrid LE FEM improving numerical stability is proposed. The hypothetical domains with unsteady uniform and nonuniform flow field were used to demonstrated algorithm verification. In comparison with analytic solution, we obtained reasonable results and conducted simulation of hypothetical 3-D recharge/pumping area. The proposed algorithm can simulate saturated/unsaturated porous media with more practical problems and will greatly contribute to accuracy and stability of numerical computation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.6
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pp.347-355
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2016
This study presents a Lattice Boltzmann Method (LBM) coupled with a momentum-exchange approach/fictitious domain (MEA/FD) method for the simulation of particle suspensions. The method combines the advantages of the LB and the FD methods by using two unrelated meshes, namely, a Eulerian mesh for the flow domain and a Lagrangian mesh for the solid domain. The rigid body conditions are enforced by the momentum-exchange scheme in which the desired value of velocity is imposed directly in the particle inner domain by introducing a pseudo body force to satisfy the constraint of rigid body motion, which is the key idea of a fictitious domain (FD) method. The LB-MEA/FD method has been validated by simulating two different cases, and the results have been compared with those through other methods. The numerical evidence illustrated the capability and robustness of the present method for simulating particle suspensions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.3
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pp.933-944
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1996
In this paper, two new techniques, the pattern filling and the refined flow field regeneration, based on the finite element method and Eulerian mesh advancement approach have been developed to analyze incompressible viscous flow with free surfaces. The gorerning equation for flow analysis is Navier-Stokes equation including inertia and gravity effects. The penalty and Newton-Raphson methods are used effectively for finite element formulation. The flow front surface and the volume inflow rate are calculated using the pattern filling technique to select an adequate pattern among five filling patterns at each quadrilateral control volume. By the refined flow field regeneration technique, the new flow field which renders better prediction in flow surface shape is generated and the velocity field at the flow front part is calculated more exactly. Using the new thchniques to be developed, the dam-breaking problem has been analyzed to predict flow phenomenon of fluid and the predicted front positions versus time have been compared with the reported experimental result.
we performed the underwater explosion analysis for the liquefied oxygen tank - a kind of fuel tank of a mid-size submarine, and tried to verify the structural safety for this structure. First, we reviewed the theory and application of underwater explosion analysis using Structure-Fluid Interaction technique and its finite element modeling scheme. Next, we modeled the explosive and sea water as fluid elements, the LOX tank as structural elements and the interface between two regions as ALE scheme. The effect on shock pressure and impulse of fluid mesh size and shape are also investigated. As the analysis result, the shock pressure due explosion propagated into the water region and hit the structure region. The plastic deformation and the equivalent stress highly appeared at the web frame and the shock mount of LOX structure, but these values were acceptable for design criteria.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.4
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pp.395-405
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2004
The filling pattern and an adaptive grid refinement based on the finite element method and Eulerian mesh advancement approach have been developed to analyze incompressible transient viscous flow with free surfaces. The governing equation for flow analysis is Navier-Stokes equation including inertia and gravity effects. The mixed FE formulation and predictor-corrector method are used effectively for unsteady numerical simulation. The flow front surface and the volume inflow rate are calculated using the filling pattern technique to select an adequate pattern among four filling patterns at each triangular control volume. By adaptive grid refinement, the new flow field that renders better prediction in flow surface shape is generated and the velocity field at the flow front part is calculated more exactly. In this domain the elements in the surface region are made finer than those in the remaining regions for more efficient computation. Using the proposed numerical technique, the collapse of a water dam has been analyzed to predict flow phenomenon of fluid and the predicted front positions with respect to time have been compared with the reported experimental results.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.1335-1340
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2007
The media transport systems, such as printers, copy machines, facsimiles, ATMs, cameras, etc. have been widely used and being developed rapidly. In the development of those sheet-handling machineries, it is important to predict the static and dynamic behavior of the sheet with a high degree of reliability because the sheets are fed and stacked at such a high speed. Flexible media are very thin, light and flexible, so they behave in geometric nonlinearity with large displacement and large rotation but small strain. In the flexible media analysis, aerodynamic effect from the surrounding air must be included because any small force can make large deformation. In this paper, surrounding air was modeled by incompressible Navier-Stokes flow and an arbitrary Lagranigan-Eulerian(ALE) finite element method with automatic mesh-updating technique was formulated for large domain changes. In the numerical simulations, the results with consideration of the air fast decayed and converged into static results while the results without considering air oscillated continuously.
A finite-element method was employed to analyze axisymmetric unsteady motion of a deformable bubble near the wall. In the present study a deformable bubble in a Newtonian medium near the wall was considered. In solving the governing equations a structured mesh generator was used to describe the collapse of highly deformed bubbles with the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) method being employed in order to capture the transient bubble boundary effectively. In order to check the accuracy of the present FE analysis we compared the results of our FE solutions with the result of the collapse of spherical bubbles in a large body of fluid in which solutions can be obtained using a 1D FE analysis. It has been found that 1D and 2D bubble deformations are in good agreement for spherically symmetric problems confirming the validity of the numerical code. Non-spherically symmetric problems were also solved for the collapse of bubble located near a plane solid wall. We have shown that a microjet develops at the bubble boundary away from the wall as already observed experimentally. We have discussed the effect of Reynolds number and distance of the bubble center from the wall on the transient collapse pattern of bubble.
The present study describes a numerical analysis for simulation of the sloshing of flows with free-surface which contained in a rectangular tank The SOLA-VOF (Volume of fluid) method uses a fixed mesh for calculating the motion of flow and the free-surface. This Eulerian approach enables the VOF method to use only a small amount of computer memory for simulating sloshing problems with complicated free-surface contours. The VOF function, representing the volume fraction of a cell occupied by the fluid, is calculated for each cells, which gives the locating of the free-surface filling any some fraction of cells with fluid. Using SOLA-VOF method, the study describes visualization about simulation of the sloshing of flows and damping effect by baffle. Translation and pitching motion of the forms have been investigated The time-dependent changes of free-surface height are used for visualization subject to several conditions such as fluid height horizontal acceleration, sinusoidal motion, and viscosity. The free-surface heights were used for comparing wall-force, which is caused by sloshing of flows. Baffle was Installed to reduce the force on the wall by sloshing of flows. Damping effects was extensively expressed under the conditions such as baffle shape and position.
The numerical simulations associated with the interaction of High Velocity Clouds (HVC) with the Magnetized Galactic Interstellar Medium (ISM) are a powerful tool to describe the evolution of the interaction of these objects in our Galaxy. In this work we present a new project referred to as Theoretical Virtual i Observatories. It is oriented toward to perform numerical simulations in real time through a Web page. This is a powerful astrophysical computational tool that consists of an intuitive graphical user interface (GUI) and a database produced by numerical calculations. In this Website the user can make use of the existing numerical simulations from the database or run a new simulation introducing initial conditions such as temperatures, densities, velocities, and magnetic field intensities for both the ISM and HVC. The prototype is programmed using Linux, Apache, MySQL, and PHP (LAMP), based on the open source philosophy. All simulations were performed with the MHD code ZEUS-3D, which solves the ideal MHD equations by finite differences on a fixed Eulerian mesh. Finally, we present typical results that can be obtained with this tool.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.11
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pp.1348-1358
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2004
The filling pattern and an adaptive grid refinement based on the finite element method and Eulerian mesh advancement approach have been developed to analyze incompressible transient viscous flow with free surfaces. The governing equation fur flow analysis is Navier-Stokes equation including inertia and gravity effects. The mixed FE formulation and predictor-corrector method are used effectively for unsteady numerical simulation. The flow front surface and the volume inflow rate are calculated using the filling pattern technique to select an adequate pattern among seven filling patterns at each tetrahedral control volume. By adaptive grid refinement, the new flow field that renders better prediction in flow surface shape is generated and the velocity field at the flow front part is calculated more exactly. In this domain the elements in the surface region are made finer than those in the remaining regions for more efficient computation. The collapse of a water dam and the filling of a fluidity spiral have been analyzed. The numerical results have been in good agreement with the experimental results and the efficiency of the adaptive grid refinement and filling pattern techniques have been verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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