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.
The two-dimensional incompressible and compressible Navier-Stokes codes are developed for the computation of the viscous turbulent flow over high-lift airfoils. Incompressible code using pseudo-compressibility and dual-time stepping method involves a conventional upwind differencing scheme for the convective terms and LU-SGS scheme for time integration. Compressible code also adopts an FDS scheme and LU-SGS scheme. Several two-equation turbulence models (the standard $k-{\varepsilon}$ model, the $k-{\omega}$ model. and $k-{\omega}$ SST model) are evaluated by computing the flow over single and multi-element airfoils. The compressible and incompressible codes are validated by computing the flow around the transonic RAE2822 airfoil and the NACA4412 airfoil, respectively. Both the results show a good agreement with experimental surface pressure coefficients and velocity profiles in the boundary layers. Also, the GA(W)-1 single airfoil and the NLR7301 airfoil with a flap are computed using the two-equation turbulence models. The grid systems around two- and three-element airfoil are efficiently generated using Chimera grid scheme, one of the overlapping grid generation methods.
An unstructured hybrid mesh flow solver has been developed for the simulations 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. The one equation Spalart-Allmaras turbulence model has been adopted to solve the high-Reynolds number flow fields. This method has been applied to calculate the steady flow fields around submarine configurations and unsteady flow fields around a 3-D infinite cylinder.
The turbulence noise generated from blunt trailing-edge is numerically predicted by using the hydrodynamic/acoustic splitting method at the Reynolds number based on thickness of flat plate, $Re_h=1000$, and the freestream Mach number $M_o=0.2$. The turbulent flow field is simulated by incompressible large-eddy simulation and the acoustic field is predicted efficiently with the linearized perturbed compressible equations (LPCE) recently proposed by the authors. The turbulent flow characteristics are validated with the results of the previous experimental study and direct numerical simulation. The acoustic properties predicted from LPCE are compared with the solutions of analytical formulations.
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.
We have developed a numerical scheme to reproduce the unsteady flows with cavitation by the finite-difference method. The evolution of cavitation is represented by the source/sink of vapor phase in the incompressible liquid flow. The pressure-velocity coupling is based on the fractional-step method for incompressible fluid flows, in which the compressibility is taken into account through the low Mach number assumption. We applied our method for the cavitating flows in a two-dimensional cascade, which approximates the portion near the tip of inducer in liquid-fuel engine. Particular attention was focused on the influence of turbulence model in this report. Using an eddy viscosity model, although it was not an optimized one for our purpose, the agreement with the experimental observation was improved.
Supersonic turbulence is believed to decay rapidly within a flow crossing time irrespective of the degree of magnetization. However, this consensus of decaying magnetohydrodynamic (MHD) turbulence relies on local isothermal simulations, which are unable to investigate the role of global magnetic fields and structures. Utilizing three-dimensional MHD simulations including interstellar cooling and heating, we investigate decaying MHD turbulence within cold neutral medium sheets embedded in warm neutral medium. Early evolution is consistent with previous studies characterized rapid decay of turbulence with the decaying time shorter than a flow crossing time and power-law temporal decay of turbulent kinetic energy with slope of -1. If initial magnetic fields are strong and perpendicular to the sheet, however long term evolutions of kinetic energy shows that a significant amount of turbulent energy still remains even after ten flow crossing times, and decaying rate is reduced as field strengths increase. We analyse power spectra of remaining turbulence to show that incompressible, in-plane motions dominate.
Predictive behaviors by the extended k-${\varepsilon}$ turbulence model and the standard k-${\varepsilon}$ turbulence model are compared. Grid dependency is tested with the H-type grid as well as the O-type grid. Computations have been performed on a circular-to-rectangular transition duct. The Reynolds number is 390,000 based on the bulk velocity at the inlet. The computed axial velocity contours, transverse velocity profiles, static pressure contours, peripheral skin friction coefficient, peripheral wall static pressure distributions and turbulence kinetic energy have been compared with experimental results. The computed results than those obtained with the standard k-${\varepsilon}$ turbulence model. Comparing to the computed results obtained with the H-type grid and O-type grid, those with H-type grid seem to agree well with experimental results.
A numerical simulation of an incompressible cavity flow is conducted using turbulence models. Cavity geometry and flow conditions are based on Cattafesta's experiment. Baldwin-Lomax model and ${\kappa}-{\varpi}$ model are employed. While simulation with Baldwin-Lomax model predicts the oscillatory features of the flow, the use of ${\kappa}-{\varpi}$ model in its original form makes the simulation converge to steady flow. To acquire oscillatory flow solution, Kato-Launder form and Time scale bound are adopted in production term of ${\kappa}-{\varpi}$ model. The strouhal number of the flow oscillations from the simulation results corresponds to 1 st mode in simulation but 2 nd mode in experiments. However mean velocity profile is in good agreement with the experimental data and the fluctuation profile follows the tendency of Cattafesta's results.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.17
no.9
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pp.799-807
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2005
The flow characteristics and the heat transfer rate on a surface by the interaction of a pair of vortices are studied numerically. To analyze the common flow up produced by vortex generators in a rectangular channel flow, the pseudo-compressibility viscous method is introduced into the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation for 3-dimensional unsteady, incompressible viscous flows. To predict turbulence characteristics, a two-layer $k-\varepsilon$ turbulence model is used on the flat plate 3-dimensional turbulence boundary The computational results predict accurately Reynolds stress, turbulent kinetic energy and flow field generated by the vortex generators. The numerical results, such as thermal boundary layers, skin friction characteristics and heat transfers, are also reasonably close to the experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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