Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.8
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pp.929-937
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2005
A lattice BGK model based on a finite difference scheme with an internal degree of freedom is employed and it is shown that a diatomic 9as such as air is successfully simulated In a weak compressive wane problem and Coutte flow, the validity and characteristics of the applied model are examined. With the model. furthermore. we present a 2-dimensional edge tones to predict the frequency characteristics of discrete oscillations of a jet-edge feedback cycle by the FDLB model (I.D.F FDLBM) in which any specific heat ratio $\gamma$ can be chosen freely. The jet is chosen long enough in order to guaranteed the Parabolic velocity profile of a jet at the outlet. and the edges have of an angle of $\alpha$=$23^{0}$ and $20^{0}$. A sinuous instability wane with real frequency resulting from Periodic oscillation of the jet around the edge is propagated on the upper and lower of wedge.
In this research, the finite difference lattice Boltzmann method(FDLBM) is used to analyze gravity currents in the lock exchange configuration that occur in many natural and man-made situations. At a lock those are seen when a gate is suddenly opened, and, in the atmosphere, when the thunderstorm outflows make a cold front. At estuaries in the ocean, the phenomenon is found between fresh water from a river and salt water in the sea. Since such interesting phenomena were recognized, pioneers have challenged to make them clear by conducing both experiments and analysis. Most of them were about the currents of liquid or Boussinesq fluids, which are assumed as incompressible. Otherwise, the difference in density of two fluids is small. The finite difference lattice Boltzmann method has been a powerful tool to simulate the flow of compressible fluids. Also, numerical predictions using FDLBM to clarify the gravity currents of compressible fluids exhibit all features, but typically observed in experimental flows near the gravity current head, including the lobe-and-cleft structure at the leading edge.
An edge tone is the discrete tone or narrow-band sound produced by an oscillating free shear layer, impinging on a rigid surface. In this paper, we present a 2-D edge tone to predict the frequency characteristics of the discrete oscillations of a jet-edge feedback cycle, using the finite difference lattice Boltzmann method (FDLBM). We use a modified version of the lattice BGK compressible fluid model, adding an additional term and allowing for longer time increments, compared to a conventional FDLBM, and also use a boundary fitted coordinates system. The jet is chosen long enough in order to guarantee the parabolic velocity profile of the jet at the outlet, and the edge consists of a wedge with an angle of ${\alpha}$ = 23. At a stand-off distance, the edge is inserted along the centerline of the jet, and a sinuous instability wave, with real frequency, is assumed to be created in the vicinity of the nozzle and propagates towards the downstream. We have succeeded in capturing very small pressure fluctuations, resulting from periodical oscillations of a jet around the edge. The pressure fluctuations propagate with the speed of sound. Its interaction with the wedge produces an non-rotational feedback field, which, near the nozzle exit, is a periodic transverse flow, producing the singularities at the nozzle lips.
기존의 2차원 FDLB 모델(D2Q21)에서 비열비 ${\gamma}$는 공간의 차원수(D)에 의존한다. 즉, 2차원 공간의 계산에서는 ${\gamma}=(D+2)/D=2.0$밖에 취할 수 없으며, 공기와 같은 실체기체를 전산모사 하기에는 여러 어려움이 있다. 이러한 이유 때문에 문헌[1]의 LBM에서 제안된 조정 가능한 비열비 모델을 2차원 FDLB모델에 적용하여 자려발생 에지톤(edgetone)의 수치계산이 수행되었다. wedge의 선단각도가 ${\alpha}=23^{\circ}$(Case I) 및 $20^{\circ}$(Case II)를 갖는 2가지 모델이 설정되었으며, 노즐출구에서 wedge선단까지의 거리 w/d는 $3d{\sim}12d$사이에서 주어졌다. edgetone은 노즐로부터 나온 분류와 edge의 상호작용으로 이난 음압(sound pressure)의 차에 의해서 소음이 발생하며, 이 음압은 다시 상류의 분류에 영향을 미쳐 분류의 변동을 가져온다. w/d가 ??9d이하인 경우, 피드백(feedback) 메커니즘에 기인한 주기적인 운동이 발생하지만, w/d가 큰 ??9d이상인 경우에는 분류의 불안정성 때문에 규칙적인 분류의 운동은 보이질 않으며, 이는 기존의 연구결과들과 잘 일치함을 보였다. 본 연구에서 적용된 모델을 이용하여 공기와 같은 2원자 기체의 비열비 ??${\gamma}=1.4$를 갖는 유체에 있어서 공력 소음의 수치예측이 가능하다는 것을 확인하였다.
In this paper, flowfield and acoustic-field around moving bodies are simulated by the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formulation in the finite difference lattice Boltzmann method. Some effects are checked by comparing flaw about a square cylinder in ALE formulation and that in the fixed coordinates, and both agree very well. Matching procedure between the moving grid and fixed grid is also considered. The applied method in which the both grids are connected through buffer region is shown to be superior to moving overlapped grid. Dipole-like emissions of sound wave from harmonically vibrating bodies in two- and three-dimensional cases are simulated.
Direct simulations of aerodynamic sound, especially sound emitted by rapidly rotating elliptic cylinder by the finite difference lattice Boltzmann method (FDLBM). Effect of pile-fabrics for noise reduction is also studied by the finite volume LBM (FVLBM) using an unstructured grid. Second order time integration and third order upwind scheme are shown to be enough for these simulations. Sound sources are detected to be doublets for both cases. For the elliptic cylinder, the doublet is generated in the interaction between the vortex and the edge. For the circular cylinders, they are generated synchronizing with the Karman vortex street, and it is also shown that the pile-fabrics covering the surface of the cylinder reduces the strength of the source.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.28
no.5
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pp.717-727
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2004
In this study, we simulate the aerodynamic sounds generated by a two-dimensional circular cylinder in a uniform flow are simulated by applying the finite difference lattice Boltzmann method (FDLBM). The third-order-accurate up-wind scheme (UTOPIA) is used for the spatial derivatives. and the second-order-accurate Runge-Kutta scheme is applied for the time marching. The results show that we successively capture very small acoustic pressure fluctuations with the same frequency of the Karman vortex street compared with the Pressure fluctuation around a circular cylinder The propagation velocity of the acoustic waves shows that the points of peak pressure are biased upstream due to the Doppler effect in the uniform flow For the downstream. on the other hand. it quickly Propagates. It is also apparent that the amplitude of sound Pressure is Proportional to $r^{-1/2}$, r being the distance from the center of the circular cylinder. To investigate the effect of the lattice dependence furthermore a 2D computation of the tone noise radiated by a NACA0012 with a blunt trailing edge at high incidence and low Reynolds number is also investigated.
In this study, 2D computations of the Aeolian tones for some obstacles (circular cylinder, square cylinder and NACA0012 airfoil) are simulated. First of all, we calculate the flow noise generated by a uniform flow around a two-dimensional circular cylinder at Re=150 are simulated by applying the finite difference lattice Boltzmann method (FDLBM). The third-order-accurate up-wind scheme (UTOPIA) is used for the spatial derivatives, and the second-order-accurate Runge-Kutta scheme is applied for the time marching. The results show that we successively capture very small acoustic pressure fluctuation with the same frequency of the Karman vortex street compared with the pressure fluctuation around a circular cylinder. The propagation velocity of the acoustic waves shows that the points of peak pressure are biased upstream due to the Doppler effect in the uniform flow. For the downstream, on the other hand, it is faster. To investigate the effect of the lattice dependence, furthermore, simulations of the Aeolian tones at the low Reynolds number radiated by a square cylinder and a NACA0012 airfoil with a blunt trailing edge at high incidence are also investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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