Three-dimensional incompressible Navier-Stokes equations have been solved by the node-centered finite volume method with unstructured hybrid grids. The pressure-velocity coupling is handled by the artificial compressibility algorithm and convective fluxes are obtained by Roe's flux difference splitting scheme with linear reconstruction of the solutions. Euler implicit method is used for time-integration. The viscous terms are discretised in a manner to handle any kind of grids such as tetrahedra, prisms, pyramids, hexahedra, or mixed-element grid. The numerical efficiency and accuracy of the present method is critically evaluated for several example problems.
Kim, Bbong-Kyun;Park, Jae-In;Joo, Won-Gu;Cho, Kang-Rae
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.2
no.2
s.3
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pp.57-63
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1999
The flow through multistage turbomachinery is affected by the interaction between a rotor and a stator. The interaction is due to the inviscid potential effect and viscous effect between closely spaced rotor and stator airfoils. Three-dimensional, unsteady, incompressible Navier-Stokes equations with a standard $k-{\epsilon}$ model are solved using a non-staggered grid system. This method is applied to the flow through a multistage compressor measured by Stauter et al. The results have shown strong interaction between the rotating and stationary flow field. The decay of rotor wake and the pressure profiles agree very well with experimental data. The wake produced by rotor causes unsteady pressure on the surface of a stator. The rotor/stator interaction produces the unsteady pressure force on the rotor and stator blades.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.31
no.4
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pp.41-50
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1994
An iterative time marching procedure for solving incompressible viscous flows has been applied to the flow around a propeller. This procedure solves three-dimensional Navier-Stokes equations on a moving, body-fitted, non-orthogonal grid using first-order accurate scheme for the time deivatives and second-and third-order accurate schemes for the spatial derivatives. To accelerate iterative process, a multigrid technique has been applied. This procedure is suitable for efficient execution on the current generation of vector or massively parallel computer architectures. Generally good agreement with published experimental and numerical data has been obtained. It was also found that the multigrid technique was efficient in reducing the CPU time needed for the simulation and improved the solution quality.
The flow field around a three dimensional minivan-like body has been simulated. This study solves 3-D unsteady incompressible Navier-Stokes equations on a non-orthogonal curvilinear coordinate system using second-order accurate schemes for the time derivatives, and third/second-order scheme for the spatial derivatives. The Marker-and-Cell concept is applied to efficiently solve continuity equation. The fourth -order artificial damping is added to the continuity equation for numerical stability. A H-H type multi-block grid system is generated around a three dimensional minivan-like body. Turbulent flows have been modeled by the Baldwin-Lomax turbulent model. The simulation shows three dimensional vortex-pair just behind body. And the flow separation is also observed the rear of the body. It has concluded that the results of present study properly agree with physical flow phenomena.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.3B
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pp.293-303
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2011
An efficient diagonalized approximate factorization algorithm (DAF) is developed for the solution of three-dimensional incompressible viscous flows. The pressure-based, artificial compressibility (AC) method is used for calculating steady incompressible Navier-Stokes equations. The AC form of the governing equations is discretized in space using a second-order-accurate finite volume method. The present DAF method is applied to derive a second-order accurate splitting of the discrete system of equations. The primary objective of this study is to investigate the computational efficiency of the present DAF method. The solutions of the DAF method are evaluated relative to those of well-known four-stage Runge-Kutta (RK4) method for fully developed and developing laminar flows in curved square ducts and a laminar flow in a cavity. While converged solutions obtained by DAF and RK4 methods on the same computational meshes are essentially identical because of employing the same discrete schemes in space, both algorithms shows significant discrepancy in the computing efficiency. The results reveal that the DAF method requires substantially at least two times less computational time than RK4 to solve all applied flow fields. The increase in computational efficiency of the DAF methods is achieved with no increase in computational resources and coding complexity.
Objective of the present study is to examine the convergence characteristics of the various multi-stage Runge-Kutta methods in solving the incompressible Navier-Stokes equations of a time-marching from casted by the artificial compressibility method. Convergence characteristics are examined over 2-stage, 4-stage and hybrid type (using 4-, 3-, 2-stages sequentially) Runge-Kutta methods for a laminar lid-driven cavity flow, and also for a turbulent bump channel flow using Chien's low-Reynolds number turbulence model. Efforts are made to establish a stable and fast convergent multi-stage Runge-Kutta method with minimal artificial dissipations.
Three-dimensional incompressible turbulent flow fields within the passage of the steam turbine nozzle with/without tip clearance have been simulated by solving the Navier-Stokes equations with SIMPLE scheme. The extended k-e model is applied to modeling the Reynolds stresses. Grids in the computational domain are generated by solving the Poisson's equations to improve the smoothness and orthogonality. Flow losses, secondary flow, velocity profiles, and deviation angles are obtained. The computated results without tip clearance show good agreement with the experimental data.
The gridless (or meshfree) methods, such as MPS, SPH, FPM an so forth, are feasible and robust for the problems with moving boundary and/or complicated boundary shapes, because these methods do not need to generate a grid system. In this study, a gridless solver, which is based on the combination of moving least square interpolations on a cloud of points with point collocation for evaluating the derivatives of governing equations, is presented for two-dimensional unsteady incompressible Navier-Stokes problem in the low Reynolds number. A MAC-type algorithm was adopted and the Poission equation for the pressure was solved by successively in the moving least square sense. Some weighing functions were tested in order to investigate the up-winding effect for the convection term. Some typical problems were solved by the presented solver for the validation and the results obtained were compared with analytic solutions and the numerical results by conventional CFD methods, such as FVM.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.1
s.151
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pp.16-25
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2007
Studies of unsteady-airfoil flows have been motivated mostly by efforts to avoid. or reduce such undesirable effects as flutter, noise and vibrations, dynamic stall. In this paper, we carry out a computational study of viscous flows around a two-dimensional oscillating airfoil to investigate unsteady effects in these important and challenging flows. A fully implicit incompressible RANS solver has been used for calculating unsteady viscous flows around an airfoil. The cell-centered End order finite volume method is utilized to discretize governing equations. in order to ease the flow computation for fluid region changing in time, improve the qualify of solution and simplify the grid generation for an oscillating airfoil flow, the computational method adopts a moving and deforming grid generation technique based on the multi-block grid topology. The numerical method is applied for calculating viscous flows of an oscillating NACA 0012 in uniform flow. The computational results are compared with available experimental data. Computed results are compared with experimental data and flow characteristics of the experiment are reproduced well In the computed results.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.247-250
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2007
Flexible media such as the paper, the film, etc. are thin, light and very flexible. They behave in geometrically nonlinear. Any of small force makes large deformation. So we must including aerodynamic effect when its behavior is predicted. Thus, it becomes fully coupled fluid-structure interaction(FSI) problem. In FSI problems, where the fluid mesh near the structure undergoes large deformations and becomes unacceptably distorted, which drive the time step to a very small value for explicit calculations, the arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) methods or rezoning are used to create a new undistorted mesh for the fluid domain, which allows the calculations to continue. In this paper, FE sheet model considering geometric nonlinearity is formulated to simulate the behavior of the flexible media. Aerodynamic force to the media by surrounding air is calculated by solving the incompressible Navier-Stokes equations. Q2Q1(Taylor-Hood) element which means biquadratic for velocity and bilinear for pressure is used for fluid domain. Q2Q1 element satisfies LBB condition and any stabilization technique is not needed. In this paper, cantilevered sheet in the viscous incompressible Navier-Stokes flow is simulated to check the mesh motion and numerical integration scheme, and then falling paper in the air is simulated and the effects of some representative parameters are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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