Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.37
no.4
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pp.19-30
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2000
A finite-volume method is developed to solve turbulent flows around modern commercial hull forms with bow and stern bulbs. The RANS equations are solved. The cell-centered finite-volume method employs QUICK and central difference scheme for convective and diffusive flux discretization, respectively. The SIMPLEC method is adopted for the velocity-pressure coupling. The developed numerical methods are applied to calculate turbulent flow around KRISO 3600TEU container ship. Surface meshes are generated into five blocks: bow and stern bulbs, overhang, fore and afterbody. 3-D field grid system with O-H topology is generated using elliptic grid generation method. Surface friction lines and wake distribution at propeller plane is compared with experiment. The calculated results show that the present method can be used to predict flow around a modern commercial hull forms with bulbs.
Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is a Lagrangian computational fluid dynamics method that has been widely used in the analysis of physical phenomena characterized by large deformation or multi-phase flow analysis, including free surface. Despite the recent implementation of eddy-viscosity models in SPH methodology, sophisticated turbulent analysis using Lagrangian methodology has been limited due to the lack of computational performance and numerical consistency. In this study, we implement the standard and dynamic Smagorinsky model and dynamic Vreman model as sub-particle scale models based on a weakly compressible SPH solver. The large eddy simulation method is numerically identical to the spatial discretization method of smoothed particle dynamics, enabling the intuitive implementation of the turbulence model. Furthermore, there is no additional filtering process required for physical variables since the sub-grid scale filtering is inherently processed in the kernel interpolation. We simulate lid-driven flow under transition and turbulent conditions as a benchmark. The simulation results show that the dynamic Vreman model produces consistent results with experimental and numerical research regarding Reynolds averaged physical quantities and flow structure. Spectral analysis also confirms that it is possible to analyze turbulent eddies with a smaller length scale using the dynamic Vreman model with the same particle size.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.2-7
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2008
A highly efficient moving least squares finite difference method (MLS FDM) for heat transfer analysis of composite material with interface. In the MLS FDM, governing differential equations are directly discretized at each node. No grid structure is required in the solution procedure. The discretization of governing equations are done by Taylor expansion based on moving least squares method. A wedge function is designed for the modeling of the derivative jump across the interface. Numerical examples showed that the numerical scheme shows very good computational efficiency together with high aocuracy so that the scheme for heat transfer problem with different heat conductivities was successfully verified.
According to our previous study, it is confirmed that the Petrov-Galerkin natural element method (PGNEM) completely resolves the numerical integration inaccuracy in the conventional Bubnov-Galerkin natural element method (BG-NEM). This paper is an extension of PG-NEM to two-dimensional nonlinear dynamic problem. For the analysis, a constant average acceleration method and a linearized total Lagrangian formulation is introduced with the PG-NEM. At every time step, the grid points are updated and the shape functions are reproduced from the relocated nodal distribution. This process enables the PG-NEM to provide more accurate and robust approximations. The representative numerical experiments performed by the test Fortran program, and the numerical results confirmed that the PG-NEM effectively and accurately approximates the nonlinear dynamic problem.
In this study, the overall performance and the local flow field of the centrifugal compressor with the refrigerant HFC-l34a were numerically studied using CFX-TASCflow. The thermodynamic and transport properties of the refrigerant gas were modeled by REFPROP which is NIST refrigerant properties database. The impacts of a grid qualify, discretization scheme, turbulent model and interaction between a impeller and a cascade diffuser were analyzed comparatively. The results were compared with experimental data and 1-D design results using COMPAL and agreed well with others. The numerical method and data obtained in this study can be applied to the design and modification of centrifugal compressors with real gases
In this paper, incompressible two-dimensional Navier-Stokes equations are numerically solved for the study of steady laminar flow around a body with the wall effect. A second-order finite difference method is used for the spatial discretization on the nonstaggered grid system and the 4-stage Runge-Kutta scheme for the numerical integration in time. The pressure field is obtained by solving the pressure-Poisson equation with the Neumann boundary condition. To investigate the wall effect, numerical computations are carried out for the NACA 0012 section at the various blockage ratios. The pressure and skin friction on the foil surface, velocity pronto in its wake and drag coefficient are investigated as functions of the blockage ratio.
The Newton-Krylov method on the unstructured grid flow solver using the cell-centered spatial discretization oi compressible Euler equations is presented. This flow solver uses the reconstructed primitive variables to get the higher order solutions. To get the quadratic convergence of Newton method with this solver, the careful linearization of face flux is performed with the reconstructed flow variables. The GMRES method is used to solve large sparse matrix and to improve the performance ILU preconditioner is adopted and vectorized with level scheduling algorithm. To get the quadratic convergence with the higher order schemes and to reduce the memory storage. the matrix-free implementation and Barth's matrix-vector method are implemented and compared with the traditional matrix-vector method. The convergence and computing times are compared with each other.
Three-Dimensional Euler equations are solved numerically for the analysis of contraction flows in wind or water tunnels. A second-order finite difference method is used for the spatial discretization on the nonstaggered grid system and the 4-stage Runge-Kutta scheme for the numerical integration in time. In order to speed up the convergence, the local time stepping and the implicit residual-averaging schemes are introduced. The pressure field is obtained by solving the pressure-Poisson equation with the Neumann boundary condition. For the evaluation of the present Euler solver, numerical computations are carried out for the various contraction geometries, one of which was adopted in the Large Cavitation Channel for the U.S. Navy. The comparison of the computational results with the available experimental data shows good agreements.
A numerical wind tunnel simulation is performed in order to predict wind loads acting on a building. The aim of the present study is to suggest a guideline for the numerical wind tunnel analysis, which could provide more detail wind load distributions compared to the wind code and expensive wind tunnel experiments. To validate the present numerical simulation, wind-induced loads on a 6 m cube model is predicted. Atmospheric boundary layer is used as a inlet boundary condition. Various effect of numerical methods are investigated such as size of computational domain, grid density, turbulence model and discretization scheme. The appropriate procedure for the numerical wind tunnel analysis is suggested through the present study.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.21
no.3
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pp.236-245
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1997
The flow characteristics of developing turbulent steady flow are investigated numerically and experimentally in the entrance region of a square duct ($40 mm{\times}40 mm$ and 4, 000 mm). The numerical anaysis are incorporated by finite- volume discretization with staggered grid system and SIMPLE algorithm. The numerical solution are compared with experimental results of mean velocity profiles, turbulence intensity and entrance length. For turbulent steady flow, the turbulent components in the velocity waveforms increase as the dimensionless transverse position approaches the wall. Thrbulence intensity increases as the dimensionless transverse position increases from the center to the wall of the duct for the developing turbulent steady flows. The entrance length of the turbulent steady flow is about 40 times as large as the hydraulic diameter under the present experimental condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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