In the present work, the deformation and stresses induced in a functionally graded disk have been reported for different loading conditions. The governing differential equation is solved using the classical method namely Navier's method by considering thermal and mechanical boundary conditions at the surface of the disk. To simplify solving the second-order differential equation, a plane stress condition was assumed. Following validation using a one-dimensional steady-state heat condition problem, temperature variations were computed for constant heat generation and varying conductivity. The research aims to investigate both the individual and combined effects of rotation, gravity, and temperature with constant heat generation on a hollow disk operating under complex loading conditions. The results demonstrated a high degree of accuracy when compared with those in existing literature. Material properties, such as Young's modulus, density, conductivity, and thermal expansion coefficient, were modeled using a power law variation along the disk's radius by considering aluminum as a base material. The proposed analytical method is straightforward, providing valuable insights into the behavior of disks under various loading conditions. This method is particularly useful for researchers and industries in selecting appropriate loading conditions and grading parameters for engineering applications, including aerospace components, energy systems, and rotary machinery parts.
An account of second-order fractional-step methods and boundary conditions for the incompressible Navier-Stokes equations is presented. The present work has aimed at (i) identification and analysis of all possible splitting methods of second-order splitting accuracy; and (ii) determination of consistent boundary conditions that yield second-order accurate solutions. It has been found that only three types (D, P and M) of splitting methods called the canonical methods are non-degenerate so that all other second-order splitting schemes are either degenerate or equivalent to them. Investigation of the properties of the canonical methods indicates that a method of type D is recommended for computations in which the zero divergence is preferred, while a method of type P is better suited to the cases when highly-accurate pressure is more desirable. The consistent boundary conditions on the tentative velocity and pressure have been determined by a procedure that consists of approximation of the split equations and the boundary limit of the result. The pressure boundary condition is independent of the type of fractional-step methods. The consistent boundary conditions on the tentative velocity were determined in terms of the natural boundary condition and derivatives of quantities available at the current timestep (to be evaluated by extrapolation). Second-order fractional-step methods that admit the zero pressure-gradient boundary condition have been derived. The boundary condition on the new tentative velocity becomes greatly simplified due to improved accuracy built in the transformation.
In this study, two and three dimensional low Reynolds number flows are compared. For the two dimensional flow, an airfoil was considered and for the three dimensional low wing and full-body aircraft were considered. Because a flight condition of the aircraft is in a low Reynolds number flow, itl requires reflecting flow transition. In the two dimensional analysis, transition is predicted using en method. In the three dimensional flow, the effect of transition is included using k-w SST turbulence models.
To investigate the flow inside the centrifugal impeller, computer program which can solve Three-dimensional compressible turbulent flow has been developed. The Navier-Stokes equations were chosen as the governing equation for viscous flow while Euler equations for inviscid case. Time marching method was incorporated with the Flux Difference Splitting method suggested by Roe to capture the steep gradients such as a shock. For high order of accuracy, MUSCL approach was adopted while differentiable limiter to ensure TVD property. For turbulence closure, Baldwin- Lomax model was applied due to its simplicity. To demonstrate the capabilities of present program, several validation problems have been solved and compared with experiments and other available data. From the above calculations generally good agreements were obtained. Finally, the developed code was applied to Eckardt's impeller and the performance prediction was carried out. Some important aspects on boundary condition for successful simulation were discussed and the remedy was also introduced.
A Digital Wave Tank simulation technique, based on a finite-difference method and a modified marker-and-cell (MAC) algorithm, is applied in order to investigate the characteristics of nonlinear Tsunami propagations and their interactions with a 2D sloping beach, Ohkushiri Island, and to predict maximum wove run-up around the island. The Navier-Stokes (NS) and continuity equation are governed in the computational domain, and the boundary values are updated at each time step, by a finite-difference time-marching scheme in the frame of the rectangular coordinate system. The fully nonlinear, kinematic, free-surface condition is satisfied by the modified marker-density function technique. The near shore Tsunami is assumed to be a solitary wave, and is generated from the numerical wave-maker in the developed Digital Wave Tank. The simulation results are compared with the experiments and other numerical methods, based on the shallow-water wave theory.
A fundamental understanding of the flow around the wind turbine is important to investigate the performance of new type of wind turbine. This study presents the simulation of three dimensional flow fields around the Darius wind turbine as an example. Incompressible Navier-Stokes equations are used for this simulation. The rotating coordinate system that rotates in the same speed of the turbine is used in order to simplify the boundary condition on the blades. Additionally, the boundary fitted coordinate system is employed in order to express the shape of the blades precisely. Fractional step method is used to solve the basic equations. Third order upwind scheme is chosen for the approximation of the non-linear terms since it can compute the flow field stably even at high Reynolds number without any turbulence models. The flow fields obtained in this study are highly complex due to the three dimensionality and are visualized effectively by using the technique of the computer graphics.
The Navier-Stokes system for heat-conducting incompressible fluids is studied in a domain ${\Omega}{\subset}R^3$. The viscosity, heat conduction coefficients and specific heat at constant volume are allowed to depend smoothly on density and temperature. We prove local existence of the unique strong solution, provided the initial data satisfy a natural compatibility condition. For the strong regularity, we do not assume the positivity of initial density; it may vanish in an open subset (vacuum) of ${\Omega}$ or decay at infinity when ${\Omega}$ is unbounded.
This paper describes a numerical study to make clear the characteristics of flow around a high speed catamaran hull advancing on calm water. The simulation is carried out at Froude number of 0.5 with a separation to length rations of 0.2 to 0.5. To simulate the flows, the Navier-Stokes solver is employed in which the free surface condition is included. Computations are performed in a rectangular grid system based grid system based on the Marker & Cell method. For the validation, the computation results are compared with the experiments.
한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.228-229
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2003
Complex flow field around the Darius turbine rotating stationally are simulated by solving the three dimensional incompressible Navier-Stokes equation numerically. The rotating coordinate system is employed so that the boundary conditions on the blades of the rotor become simple. In order to impose the boundary condition on the blades precisely, the boundary fitted coordinate system is employed. Fractional step method is used to solve the basic equations. The complex flow fields due to the three dimensionality of the geometry of the turbine and the rotation of the turbine are obtained and they are visualized effectively by using the technique of the computer graphics.
한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.189-190
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2003
A New kinetic scheme for the compressible Navier-Stokes equations is developed. While the conventional approach, such as KFVS scheme, employs the splitting algorithm and computes the numerical flux on the basis of the collisionless equation, the present approach employs the splitting algorithm in the evaluation of the numerical flux, where the collision effect is explicitly taken into account. However, the initial condition employed in the computation is slightly different from the conventional Chapman-Enskog NS distribution function. The present study also reveals the background of the existing kinetic schemes. such as the KFVS scheme and Gas-Kinetic BGK scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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