We give new evidence that "complicated" Heegaard surfaces behave like incompressible surfaces. More precisely, suppose that a closed connected orientable 3-manifold M contains a closed connected incompressible surface F which separates M into two (connected) components $M_1$ and $M_2$. Let S be a Heegaard surface of M. Our result is that if the Hempel distance of S is at least four, then S is isotoped so that $S{\cap}M_i$ is incompressible for each i = 1, 2.
The characteristics of compressible flow are different from those of incompressible flow from the mathematical and physical point of view. Therefore, the way to solve the flowfield is different between compressible flow and incompressible flow. In general, density-based numerical algorithm is mainly used for compressible flow solver development. On the other hand, incompressible flow solver prefers to use pressure-based numerical algorithm. In this research, a compressible Navier-Stokes flow solver is developed by means of extending from pressure-based incompressible numerical algorithm to handle both compressible and incompressible flows using the same flow solver. The present flow solver is tested at various speed ranges and compared with the solutions of density-based compressible flow solver. Numerical results show a good agreement between two flow solvers.
The two-dimensional incompressible flow of a linear viscoelastic fluid we considered in this research has rapidly oscillating initial conditions which contain both the large scale and small scale information. In order to grasp this double-scale phenomenon of the complex flow, a multiscale analysis method is developed based on the mathematical homogenization theory. For the incompressible flow of a linear viscoelastic Maxwell fluid, a well-posed multiscale system, including averaged equations and cell problems, is derived by employing the appropriate multiple scale asymptotic expansions to approximate the velocity, pressure and stress fields. And then, this multiscale system is solved numerically using the pseudospectral algorithm based on a time-splitting semi-implicit influence matrix method. The comparisons between the multiscale solutions and the direct numerical simulations demonstrate that the multiscale model not only captures large scale features accurately, but also reflects kinetic interactions between the large and small scale of the incompressible flow of a linear viscoelastic fluid.
The study of incompressible magnetohydrodynamic (MHD) turbulence gives useful insights on many astrophysical problems. We describe a pseudo-spectral MHD code suitable for the study of incompressible turbulence. We review our recent' works on direct three-dimensional numerical simulations for MHD turbulence in a periodic box. In those works, we use a pseudo-spectral code to solve the incompressible MHD equations. We first discuss the structure and properties of turbulence as functions of scale. The results are consistent with the scaling law recently proposed by Goldreich & Sridhar. The scaling law is based on the concept of scale-dependent isotropy: smaller eddies are more elongated than larger ones along magnetic field lines. This scaling law substantially changes our views on MHD turbulence. For example, as noted by Lazarian & Vishniac, the scaling law can provide a fast reconnection rate. We further discuss how the study of incompressible MHD turbulence can help us to understand physical processes in interstellar medium (ISM) by considering imbalanced cascade and viscous damped turbulence.
This paper proposes an effective method for optimizing the structure of functionally graded isotropic and incompressible linear elastic materials. The main emphasis is on utilizing a specialized polytopal composite finite element (PCE) technique capable of handling a broad range of materials, addressing common volumetric locking issues found in nearly incompressible substances. Additionally, it employs a continuum model for bi-directional functionally graded (BFG) material properties, amalgamating these aspects into a unified property function. This study thus provides an innovative approach that tackles diverse material challenges, accommodating various elemental shapes like triangles, quadrilaterals, and polygons across compressible and nearly incompressible material properties. The paper thoroughly details the mathematical formulations for optimizing the topology of BFG structures with various materials. Finally, it showcases the effectiveness and efficiency of the proposed method through numerous numerical examples.
본 연구에서는 저마하수 예조건화 기법이 적용된 기존 압축성 해석자의 해석 범위를 최소한의 수정으로 비압축성 유동해석이 가능하도록 확장하는 전략을 제시하였다. 이를 위해 압축성 총 에너지 방정식과 동일한 형태의 에너지 방정식을 사용하였다. 이러한 에너지 방정식은 비압축성 지배방정식인 연속방정식, 열에너지 방정식과 역학적 에너지방정식의 선형 조합을 통해 얻어진다. 이렇듯 압축성 방정식과 동일한 형태를 갖는 비압축성 지배방정식에 시간 전진 기법을 적용하기 위해 Turkel의 가상 압축성 기법을 적용하였다. 또한 Roe 평균이 공통의 압축성/비압축성 지배방정식에서 모두 유효함을 보였다. 압축성 해석자에 위 내용을 적용하여 비압축성 해석이 가능하도록 확장하는 과정은 본래의 압축성 해석자를 이용한 압축성 해석에 아무런 영향이 없다. 확장된 해석자를 통한 비압축성 해석 검증을 위해 비점성, 층류 그리고 난류 유동에 대한 순차적 해석을 수행하였다.
An unstructured hybrid mesh flow solver has been developed for the simulation of three-dimensional steady and unsteady incompressible flow fields. The incompressible Navier-Stokes equations with an artificial compressibility method were discretized by using a node-based finite-volume method. For the unsteady time-accurate computation, a dual-time stepping method was adopted to satisfy a divergence-free flow field at each physical time step. An implicit time integration method with local time stepping was implemented to accelerate the convergence in the pseudo-time sub-iteration procedure. The one-equation Spalart-Allmaras turbulence model has been adopted to solve high-Reynolds number flow fields. The flow solver was parallelized to minimize the CPU time and to overcome the computational overhead. This method has been applied to calculate steady and unsteady flow fields around submarine configurations and a 3-D infinite cylinder. Validations were made by comparing the predicted results with those of experiments or other numerical results. It was demonstrated that the present method is efficient and robust for the prediction of steady and unsteady incompressible flow fields.
Two-dimensional, unsteady, incompressible and compressible Navier-Stokes codes are developed for the computation of the viscous turbulent flow over high-lift airfoils. The compressible code involves a conventional upwind-differenced scheme for the convective terms and LU-SGS scheme for temporal integration. The incompressible code with pseudo-compressibility method also adopts the same schemes as the compressible code. Three two-equation turbulence models are evaluated by computing the flow over single and multi-element airfoils. The compressible and incompressible codes are validated by predicting the flow around the RAE 2822 transonic airfoil and the NACA 4412 airfoil, respectively. In addition, both the incompressible and compressible code are used to compute the flow over the NLR 7301 airfoil with flap to study the compressible effect near the high-loaded leading edge. The grid systems are efficiently generated using Chimera overlapping grid scheme. Overall, the κ-ω SST model shows closer agreement with experiment results, especially in the prediction of adverse pressure gradient region on the suction surfaces of high-lift airfoils.
Viscous analysis on incompressible flows is performed using unstructured triangular meshes. A two-dimensional and axisymmetric incompressible Navier-Stokes equations are solved in time-marching form by artificial compressibility method. The governing equations are discretized by a cell-centered based finite-volume method. and a centered scheme is used for inviscid and viscous fluxes with fourth order artificial dissipation. An explicit multi-stage Runge-Kutta method is used for the time integration with local time stepping and implicit residual smoothing. Convergence properties are examined and solution accuracies are also validated with benchmark solution and experiment.
An unstructured finite volume method is presented for seeking steady and unsteady flow solutions of the two-dimensional incompressible viscous flows. In the present method, SMAC-type algorithm is implemented on unstructured triangular meshes, using second order upwind scheme for the convective fluxes. Validation tests are made for various steady and unsteady incompressible flows. Convergence characteristics are examined and accuracy comparisons are made with some benchmark solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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