Nonlinear relationship between Reynolds stresses and the rate of strain of nonlinear ${\kappa}-{\epsilon}$ models is evaluated theoretically by using the boundary layer assumptions against the turbulence-driven secondary flows in noncircular ducts and then their prediction performance is validated numerically through the application to the fully developed turbulent flow in a square duct. Typical predicted quantities such as mean axial and secondary velocities, turbulent kinetic energy and Reynolds stresses are compared with available experimental data. The nonlinear model adopted in a commercial code is found to be unable to predict accurately duct flows with the prediction level of secondary flows one order less than that of the experiment.
Two nonlinear ${\kappa}-{\epsilon}$ models with the wall function method are applied to the fully developed turbulent flow in a square duct. Typical predicted quantities such as axial and secondary velocities, turbulent kinetic energy and Reynolds stresses are compared in details both qualitatively and quantitatively with each other. A nonlinear ${\kappa}-{\epsilon}$ model with the wall function method capable of predicting accurately duct flows involving turbulence-driven secondary motion is presented in the present paper. The nonlinear ${\kappa}-{\epsilon}$ model adopted in a commercial code is found to be unable to predict accurately duct flows with the prediction level of secondary flows one order less than that of the experiment.
The turbulent flow is of fundamental interest because the conservation equations for thermodynamics, mass and momentum are linked together. This turbulent flow consists of some coherent time- and space-organized vortical structures. Research has already shown that some dynamic systems and experimental models still cannot provide a good nonlinear analysis of turbulent time series. In the real turbulent flow, very complicated nonlinear behaviors, which are affected by many vague factors are present. In this paper, a kernel-based machine for fuzzy nonlinear regression analysis is proposed to predict the nonlinear time series of turbulent flows. In order to show the practicality and usefulness of this model, we present an example of predicting the near-wall turbulence time series as a verifiable model and compare with fuzzy piecewise regression. The results of practical applications show that the proposed method is appropriate and appears to be useful in nonlinear analysis and in fuzzy environments to predict the turbulence time series.
Two nonlinear κ-ε models with the wall function method are applied to the fully developed turbulent flow in a square duct. Typical predicted quantities such as axial and secondary velocities, turbulent kinetic energy and Reynolds stresses are compared in details both qualitatively and quantitatively with each other. A nonlinear κ-ε model with the wall function method capable of predicting accurately duct flows involving turbulence-driven secondary motion is presented in the present paper. The nonlinear κ-ε model of Shih et al.[1] adopted in a commercial code is found to be unable to predict accurately duct flows with the prediction level of secondary flows one order less than that of the experiment.
Kim, Tae-Gyun;Lee, Byong-Joon;Song, Hwa-Chang;Cha, Jun-Min
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.9
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pp.1527-1534
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2007
This paper proposes a new concept of optimal governor-response power flow (OGPF) to obtain an optimal set of control parameters when the systems are in mid-term conditions after disturbances, ignoring the system dynamics. The idea of GOPF simply comes from the attempt to find an optimal solution of the governor-response power flow (GPF), which is a pre-exiting tool that is used to get power flow solutions that would exist several seconds after an event is applied. GPF incorporates the simplified model of governors in the systems into the power flow equations. This paper explains the concept of OGPF and depicts the OGPF formulation and application of a nonlinear interior point method as the solution technique. Also, this paper includes an example with New England 39-bus test system to illustrate the effectiveness of GOPF.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.11
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pp.873-881
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2002
The fluid induced vibration (FIV) phenomena of an equivalent airfoil system of MAV have been investigated in low Reynolds number flow region. Unsteady flows with viscosity are computed using two-dimensional incompressible Navier-Stokes equations. The present fluid/structure interaction analysis is based on one of the most accurate computational approach with computational fluid dynamics (CFD) and computational structural dynamics (CSD) techniques. The highly nonlinear fluid/structure interaction phenomena due to severe flow separations have been analyzed for the low Reynolds region that has a dominancy of flow viscosity. The effects of Reynolds number and initial angle of attack on the fluid/structure coupled vibration instability are shown and the qualitative trend of FIV phenomenon is investigated.
Model-based, data-driven and physics-based approaches represent the state-of-the-art techniques to estimate the aircraft flow angles, angle-of-attack and angle-of-sideslip, in avionics. Thanks to sensor fusion techniques, a synthetic sensor is able to provide estimation of flow angles without any dedicated physical sensors. The work deals with a physics-based scheme derived from flight mechanic theory that leads to a nonlinear flow angle model. Even though several solvers can be adopted, nonlinear models can be replaced with less accurate but straightforward ones in practical applications. The present work proposes a linearisation to obtain the flow angles' closed form solution that is verified using a flight simulator. The main objective of the paper, in fact, is to analyse the estimation degradation using the proposed closed form solutions with respect to the nonlinear scheme. Moreover, flight conditions, where the proposed closed form solutions are not applicable, are identified.
In this study comparison of experiment results with the computed results of linear theory and nonlinear theory using singularity method was obtainable. Specially singularity points like sources and vortexes on hydrofoil and freestreamline were distributed to analyze two dimensional flow field of supercavitating cascade using nonlinear theory, and governing equations of flow field were derived and hydraulic characteristics of cascade were calculated by numerical analysis of the governing equations. The results compared linear theory and nonlinear theory with the experiment results of the study are as follows: The tolerances of nonlinear theory were larger than those of linear theory in case of ${\alpha}<10^{\circ}$. Moreover the computational range of attack angles could be expanded from ${\alpha}=10^{\circ}$ to ${\alpha}=25^{\circ}$, the flow field of supercavitating cascade could be analyzed in the condition which the wake thickness and the length of cavity are a variable. The shapes of cavity were changed sensitively according to various variable such as attack angles, pitches and wake thickness, and the pressure distribution of hydrofoil surface was identical almost disregarding wake thickness but changed largely according to attack angle and the length of cavity. Lift coefficient and drag coefficient were reduced according to increasing of wake thickness but the influences of wake thickness were very little in the situation of small pitch and long cavity.
We study chaotic motion in a nonlinear laminated composite plate under subsonic fluid flow and a simultaneous external load in this paper. We derive equations of motion of the plate using the von-$K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n^{\prime}s$ hypothesis and the Hamilton's principle. Galerkin's approach is adopted as the solution method. We then conduct a divergence analysis to obtain critical velocities of the transient flow. Melnikov's integral approach is used to find the critical parameters in which chaos takes place. Effects of different parameters including the aspect ratio, plate material and the ply angle in laminates on the critical flow speed are investigated. In a parametric study, we show that how the linear and nonlinear stiffness of the plate and the load frequency and amplitude would influence the chaotic behavior of the plate.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.11
s.242
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pp.1455-1462
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2005
In this paper, we intend to introduce a nonlinear finite element method based on the fully nonlinear potential flow theory in order to simulate the large amplitude sloshing flow in two-dimensional baffled tank subject to horizontally forced excitation. The free surface is tracked by a direct time differentiation scheme with the four-step predictor-corrector time integration method. The flow velocity is accurately recovered from the velocity potential by second-order least square method. In order to maintain the finite element mesh regularity and total mass, the semi-Lagrangian surface tracking method with area conservation is applied. According to the numerical formulae, we perform the parametric experiments by varying the installation height and the opening width of baffles, in order to examine the effects of baffle on the nonlinear liquid sloshing. From the numerical results, the hydrodynamic characteristics of the large amplitude sloshing are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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