• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
• /
• 제11권1호
• /
• pp.510-520
• /
• 2019

To investigate the morphology characteristics of air layer in the air cavity, a numerical method with the combination of RANS equations and VOF two-phase-flow model is proposed for a plate with air cavity. Based on the model above, the dynamic and developmental process of air layer in the air cavity is studied. Numerical results indicate that the air layer in the plate's air cavity exhibits the dynamic state of morphology and the wavelength of air layer becomes larger with the increasing speed. The morphology of air layer agrees with the Froude similarity law and the formation of the air layer is not affected by the parameters of the cavity, however, the wave pattern of the air layer is influenced by the parameters of the cavity. The stable air layer under the air cavity is important for the resistance reduction for the air layer drag reduction.

• Ocean Systems Engineering
• /
• 제13권3호
• /
• pp.225-245
• /
• 2023

In the present paper, a numerical and experimental analysis for a wave energy converter under extreme environmental conditions is carried out. After the definition of design waves, including a 100-year return period stochastic sea state and a deterministic rogue wave condition, a numerical analysis using potential theory and a RANS equations solver are compared with experiments carried out at the Seakeeping Basin at the Technical University of Berlin. Results are discussed with special emphasis on the limits of potential theory methods for the evaluation of extreme wave conditions and the use of the presented methodology for early design stages.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제12권1호
• /
• pp.9-14
• /
• 2009

2차원 비정상의 RANS 방정식을 이용하여 피치가 고정된 3개 혹은 4개의 날개(hydrofoil)를 가지는 조류발전용 수직축 터빈주위의 비정상 유동장 해석을 수행하였다. 상용수치해석코드인 Fluent를 이용하여, 균일류에 놓인 $NACA65_3$-018날개에 대하여 받음각(angle of attack)의 변화를 주며 계산되는 유체력을 실험값과 비교하였고, 이를 바탕으로 대표적인 수직축 조류발전 터빈의 특성을 2차원적으로 고찰하였다. 사용된 수치해법은 대상 유동을 효과적으로 모사할 수 있음을 확인 하였고, 터빈의 최적 효율은 날개수 및 유속 대비 회전수 등의 적절한 조합으로 실현 될 수 있음을 파악하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제37권11호
• /
• pp.999-1007
• /
• 2013

본 연구에서는 다양한 형상의 파이프에 대한 압력강하와 열전달 특성을 수치적으로 해석하였다. 원형 파이프에서부터 타원형, 톱니형, 비틀어진 형태와 같은 다양한 형상의 파이프를 3차원으로 수치해석을 통해 비교하였다. 수치해석은 층류에서 난류영역까지 계산을 수행하였다. 파이프 유동해석은 완전발달된 영역에서 정상상태, 비압축성 RANS수식을 이용하여 계산하였다. 유동의 손실은 friction factor를 통해 비교하였고, 열전달 성능은 각 파이프 표면에서의 Colburn factor를 통해 비교하였다. 종합적인 열유동 성능평가는 Volume and Area goodness factor를 통해 평가하였다. 열전달 성능을 향상시키고 유동의 손실은 최소화하는 최적의 형상을 연구하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제35권8호
• /
• pp.763-771
• /
• 2011

본 연구에서는 환기용 축류송풍기에 대하여 효율을 목적함수로 하는 수치최적설계를 수행하였다. 유동해석은 삼차원 Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 통하여 이뤄졌으며, 난류모델로는 Shear Stress Transport 모델을 사용하였다. 최적설계를 위한 설계변수로는 허브비, 날개의 중간 및 팁 스팬에서의 엇갈림각을 사용하였다. 실험계획법으로 라틴하이퍼큐브 샘플링 방법을 사용하여 설계영역 내에서 25개의 실험점을 추출하였다. 최적설계기법인 가중평균대리모델과 삼차원 RANS 해석을 결합하여 수치최적설계를 수행하였으며, 가중평균대리모델로는 WTA1, WTA2 및 WTA3 모델을 사용하였다. 수치 최적설계에 의해 얻어진 최적형상들의 성능을 기준형상과 비교하였으며, 성능이 가장 좋은 모델에 대하여 기준형상과의 내부유동장 비교 및 분석을 통해 성능이 향상된 원인을 규명하였다.

• 대한조선학회논문집
• /
• 제55권6호
• /
• pp.474-481
• /
• 2018

This paper is to compare by numerical analysis the flow characteristics and propulsion performance of stern with the shape change of K-duct, a pre-swirl duct developed by Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering (KRISO). First, the characteristics of the propeller and the resistance and self-propulsion before and after the attachment of the K-duct to the ship were verified and the validity of the calculation method was confirmed by comparing this result with the model test results. After that, resistance and self-propulsion calculations were performed by the same numerical method when the K-duct was changed into five different shapes. The efficiency of the other five cases was compared using the delivery horsepower in the model scale and the flow characteristics of the stern were analyzed as the velocity and pressure distributions in the area between the duct end and the propeller plane. For the computation, STAR-CCM +, a general-purpose flow analysis program, was used and the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations were applied. Rigid Body Motion (RBM) method was used for the propeller rotating motion and SST $k-{\omega}$ turbulence model was applied for the turbulence model. As a result, the tangential velocity of the propeller inflow changed according to the position angle change of the stator, and the pressure of the propeller hub and the cap changes. This regulated the propeller hub vortex. It was confirmed that the vortex of the portion where the fixed blade and the duct meet was reduced by blunt change.

• Advances in aircraft and spacecraft science
• /
• 제9권5호
• /
• pp.415-431
• /
• 2022

Secondary flows have a huge impact on losses generation in modern low pressure gas turbines (LPTs). At design point, the interaction of the blade profile with the end-wall boundary layer is responsible for up to 40% of total losses. Therefore, predicting accurately the end-wall flow field in a LPT is extremely important in the industrial design phase. Since the inlet boundary layer profile is one of the factors which most affects the evolution of secondary flows, the first main objective of the present work is to investigate the impact of two different inlet conditions on the end-wall flow field of the T106A, a well known LPT cascade. The first condition, labeled in the paper as C1, is represented by uniform conditions at the inlet plane and the second, C2, by a flow characterized by a defined inlet boundary layer profile. The code used for the simulations is based on the Discontinuous Galerkin (DG) formulation and solves the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations coupled with the Spalart Allmaras turbulence model. Secondly, this work aims at estimating the influence of viscosity and turbulence on the T106A end-wall flow field. In order to do so, RANS results are compared with those obtained from an inviscid simulation with a prescribed inlet total pressure profile, which mimics a boundary layer. A comparison between C1 and C2 results highlights an influence of secondary flows on the flow field up to a significant distance from the end-wall. In particular, the C2 end-wall flow field appears to be characterized by greater over turning and under turning angles and higher total pressure losses. Furthermore, the C2 simulated flow field shows good agreement with experimental and numerical data available in literature. The C2 and inviscid Euler computed flow fields, although globally comparable, present evident differences. The cascade passage simulated with inviscid flow is mainly dominated by a single large and homogeneous vortex structure, less stretched in the spanwise direction and closer to the end-wall than vortical structures computed by compressible flow simulation. It is reasonable, then, asserting that for the chosen test case a great part of the secondary flows details is strongly dependent on viscous phenomena and turbulence.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
• /
• 제2권1호
• /
• pp.1-13
• /
• 2010

A comparative study between a computation and an experiment has been conducted to predict the performance of a Pod type waterjet for cm amphibious wheeled vehicle. The Pod type waterjet has been chosen on the basis of the required specific speed of more than 2500. As the Pod type waterjet is an extreme type of axial flow type waterjet, theoretical as well as experimental works about Pod type waterjets are very rare. The main purpose of the present study is to validate and compare to the experimental results of the Pod type waterjet with the developed CFD in-house code based on the RANS equations. The developed code has been validated by comparing with the experimental results of the well-known turbine problem. The validation also extended to the flush type waterjet where the pressures along the duct surface and also velocities at nozzle area have been compared with experimental results. The Pod type waterjet has been designed and the performance of the designed waterjet system including duct, impeller and stator was analyzed by the previously mentioned m-house CFD Code. The pressure distributions and limiting streamlines on the blade surfaces were computed to confirm the performance of the designed waterjets. In addition, the torque and momentum were computed to find the entire efficiency and these were compared with the model test results. Measurements were taken of the flow rate at the nozzle exit, static pressure at the various sections along the duct and also the nozzle, revolution of the impeller, torque, thrust and towing forces at various advance speed's for the prediction of performance as well as for comparison with the computations. Based on these measurements, the performance was analyzed according to the ITTC96 standard analysis method. The full-scale effective and the delivered power of the wheeled vehicle were estimated for the prediction of the service speed. This paper emphasizes the confirmation of the ITTC96 analysis method and the developed analysis code for the design and analysis of the Pod type waterjet system.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제41권2호
• /
• pp.197-212
• /
• 2008

최근 하천의 흐름해석 분야에서는 수위 및 하상변동 양상과 오염된 지류유입으로 인한 본류에서의 유속분포 양상 및 혼합과정 등의 실제적인 문제를 해결할 수 있는 1, 2차원적 해석이 이루어지고 있으며, 이는 복잡한 하천을 균일화된 모양과 단순화된 방정식으로 일괄 적용함으로써 많은 한계점을 나타내고 있다. 본 연구에서는 서울시 관내 지방 2급 하천인 우이천 시험유역을 대상으로 하천의 물리적인 특성 변화에 따른 흐름해석을 수행하기 위하여 3차원 RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes Equation)를 지배방정식으로 하는 CFD (Computational Fluid Dynamics)모형인 FLOW-3D를 이용하였고, ${\kappa}-{\varepsilon}$, RNG (Renormalized Group) ${\kappa}-{\varepsilon}$, LES (Large Eddy Simulation) 등의 난류모형을 적용하여 각각의 수치모의 결과를 비교 분석 하였다. 또한, 수치 해석을 통한 교량 설치부와 하류 횡단월류형 구조물에서의 난류영향 및 유속분포, 수위 압력분포, 와류특성 등을 분석하였고, 구조물의 철거에 의한 영향을 비교하여 분석하였다. 이는 향후 도시하천의 기능을 상실한 횡단 구조물 철거에 의한 장기적인 하상변동과 토사의 퇴적, 세굴 및 수질악화 등의 영향을 파악해 볼 수 있는 기초자료로 활용될 수 있으리라 사료된다.

• 대한조선학회논문집
• /
• 제34권1호
• /
• pp.1-10
• /
• 1997

본 연구는 실제 선박 주위의 점성 유동에 대해 RANS방정식을 사용하여 해석함으로써 그 계산 방법의 타당성 및 선형 설계에의 유효성을 입증하고, 모형선 크기에 따른 점성 유동의 영향, 즉 척도효과에 대한 기초 연구를 목적으로 하였다. 높은 레이놀즈수에서의 난류유동을 계산하기 위해 k-${\varepsilon}$ 난류모형을 채용하였으며, 물체 근처에서는 벽법칙을 사용하였다. 선체의 3차원 형상을 효과적으로 처리하기 위해 물체적합좌표계를 이용하여 실제영역에서 유도된 지배방정식을 계산영역으로 변환시켰으며, 유한체적법을 사용하여 이산화시켰다. 압력 계산은 SIMPlE법을 사용하였으며, 이산화된 식들은 TDMA를 이용한 선순법으로 해를 구하였다. 실제 계산대상 선박은 4410 TEU급 콘테이너 운반선과 50,000 DWT급 살물 운반선으로 모형선 크기와 실선 크기에 대해 점성유동을 해석하여 비교하였으며, 모형선에 대해서 저항시험, 프로펠러 면에서의 반류분포 조사 시험, 그리고 한계유선 조사시험을 수행하여 계산결과와 비교 검토하였다. 계산결과는 선미 유동장에서의 평균속도와 압력 분포에 있어서 선미 형상에 따른 효과와 척도효과를 잘 묘사하고 있다. 특히, 계산된 프로펠러 변에서의 반류분포와 선체 표변에서의 한계유선 분포는 실험과 정성적으로 잘 일치하고 있으며, 점성저항 추정에 있어서는 실험 값과 ${\pm}5%$ 이내로 예측하고 있음을 보여 주고 있어 선형 개발의 설계 도구로 활용될 수 있음을 알 수 있다.