A vorticity-based method for the numerical solution of the two-dimensional incompressible Navier-Stokes equations is presented. The governing equations for vorticity, velocity and pressure variables are expressed in an integro-differential form. The global coupling between the vorticity and the pressure boundary conditions is fully considered in an iterative procedure when numerical schemes are employed. The finite volume method of the second order TVD scheme is implemented to integrate the vorticity transport equation with the dynamic vorticity boundary condition. The velocity field is obtained by using the Biot-Savart integral. The Green's scalar identity is used to solve the total pressure in an integral approach similar to the surface panel methods which have been well established for potential flow analysis. The present formulation is validated by comparison with data from the literature for the two-dimensional cavity flow driven by shear in a square cavity. We take two types of the cavity now: (ⅰ) driven by non-uniform shear on top lid and body forces for which the exact solution exists, and (ⅱ) driven only by uniform shear (of the classical type).
Kim, S.H.;Ahn, H.T.;Ryue, J.S.;Shin, H.K.;Kwon, O.J.;Seo, H.S.
Journal of computational fluids engineering
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v.17
no.1
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pp.29-35
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2012
Fluid-Structure Interaction analysis of a circular cylinder surrounded by incompressible turbulent flow is presented. The fluid flow is modeled by incompressible Navier-Stokes equations in conjunction with large-eddy simulation for turbulent vortical flows. The circular cylinder is modeled as elastic continuum described by elasto-dynamic equation of motion. Finite element method based approach is utilized for unified formulation of fluid-structure interaction analysis. The magnitude and frequency of structural response is analysed in comparison to the driving fluid forces.
In this paper, nonlinear interactions between water waves and a horizontally submerged circular cylinder are numerically simulated. In this case, the nonlinear interactions between them generated a wave breaking phenomenon. The wave breaking phenomenon plays an important role in the wave farce. Negative drifting forces are raised at shallow submerged cylinders under waves because of the wave breaking phenomenon. For the numerical simulation, a finite difference method based on the unsteady incompressible Navier-Stokes equations and the continuity equation is adopted in the rectangular grid system. The free surface is simulated with a computational simulation method of two-layer flow by using marker density. The results are compared with some existing computational and experimental results.
In the present study, a least square weighted residual method and Taylor-Galerkin method were formulated and tested for the discretization of the two hyperbolic type equations of level set method; advection and reinitialization equations. The two approaches were compared by solving a time reversed vortex flow and three-dimensional broken dam flow by employing a four-step splitting finite element method for the solution of the incompressible Navier-Stokes equations. From the numerical experiments, it was shown that the least square method is more accurate and conservative than Taylor-Galerkin method and both methods are approximately first order accurate when both advection and reinitialization phase are involved in the evolution of free surface.
Flow through a turbine flow meter is simulated by solving the incompressible Navier-Stokes equations. The solution method is based on the pseudo-compressibility approach and uses an implicit-upwind differencing scheme together with the Gauss-Seidel line relaxation method. The equations are solved steadily in rotating reference frames, and the centrifugal force and the Coriolis force are added to the equation of motion. The standard $k-{\epsilon}$model is employed to evaluate turbulent viscosity. Computational results yield quantitative as well as qualitative information on the design of turbine flow meters by showing the distributions of pressure and velocity around the turbine blades.
Wave breaking phenomenon near the fore body of a ship is numerically simulated. The ship advance with uniform velocity in calm water. For the simulation, incompressible Navier-Stokes equations and continuity equation are adopted as governing equations. The simulation is carried out in staggered variable mesh system with finite difference method. Marker and Cell(MAC) method and Marker-Density method are employed to track the free surface. Body boundary conditions are satisfied with the adoption of porosity method and no-slip condition on the hull surface. The ship model has a wedge type fore-body, and the computational domain is an appropriate region around the fore-body. The computation results are compared with some experimental results. Also the difference of the free surface tracking methods are discussed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.658-664
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2002
Unsteady flow characteristics and associated blade tonal noise of a cross-flow fan are predicted by a computational method. The incompressible Navier-Stokes equations are time-accurately solved for obtaining the pressure fluctuations between the rotating blades and the stabilizer, and sound pressure is predicted using Curie's equation. The computed fan performance is favorably compared with experimental data, and also indicates that the performance is not significantly altered by the random pitch effect at ${\phi}>0.4$. In the present study, the narrow-band noise characteristics of three impellers with a uniform and two random Pitch (type-A and-B) blades are compared by the SPL (Sound Pressure Level) spectra, and their frequency modulation characteristics of the BPF (Blade Passing Frequency) noise are also discussed.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.13
no.7
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pp.621-626
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2001
The flow induced noise of the cross-flow fan with uniform/random pitch blades is predicted by computational methods. With the time dependent surface pressure data obtained by solving the incompressible Navier-Stokes equations in moving coordinates, the acoustic pressure is predicted by the Ffowcs Williams-Hawkings equation. The positions of the blade noise source are identified through an investigation of the acoustic pressure history induced by one blade, and it is confirmed that the dominant noise source is near the stabilizer. Since the acoustic pressure of the random pitch fan fluctuates according to the blade passin, the dominant BPF noise of the uniform pitch fan is modulated into some reduced discrete noises which have multiples of a 50Hz difference from BPF.
The cross-flow fan performance and its sound noise characteristics are predicted by computational methods. The unsteady incompressible Navier-Stokes equations in moving coordinates are solved by a SMAC method on unstructured triangular meshes, using a sliding mesh technique at the interface between the domain rotating with blades and the rest stationary part. The computationally predicted fan performance was favorably compared with experiment, and some numerical aspects of simulating the cross-flow fan are discussed. With the computed unsteady flow field, aeroacoustic sound noise of the fan is predicted by the Lighthill-Curie equation. The unsteady surface pressure fluctuations on stabilizer enables a prediction of BPF noise of the uniform pitch blade fan quite accurately. The aeroacoustic sound noise characteristics of both uniform and random pitch blade fans are also examined by SPL spectrum analysis.
This paper deals with a thrust generation of flapping-airfoil by dynamic stall. From many other previous research results, phase angle $ between pitching and plunging mode of flapping motion must be 90 deg. to satisfy maximum propulsive efficiency. In this case, leading edge vortex is relatively small. This phenomenon is related dynamic stall. So preventing leading edge vortex induced by dynamic stall guarantees maximum propulsive efficiency. But, in this paper we insist the leading edge vortex yields quite a positive influence on thrust generation and propulsive efficiency. In order to certify our opinion, pitching and plunging motions were calculated with the parameter of amplitude and frequency by using the unsteady, incompressible Navier-Stokes flow solver with a two-equation turbulence model. For more efficient computation, it is parallelized by MPI programming method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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