To evaluate the deposition amount on a ground surface, mesoscale numerical models coupled with atmospheric chemistry are widely used for larger horizontal domains ranging from a few to several hundreds of kilometers; however, these models are rarely applied to high-resolution simulations. In this study, the performance of a dry and wet deposition model is investigated to estimate the amount of deposition via computational fluid dynamics (CFD) models with high grid resolution. Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simulations are implemented for a cone and a two-dimensional ridge to estimate the dry deposition rate, and a constant deposition velocity is used to obtain the dry deposition flux. The results show that the dry deposition rate of RANS generally corresponds to that observed in wind-tunnel experiments. For the wet deposition model, the transport equation of a new scalar concentration scavenged by rain droplets is developed and used instead of the scalar concentration scavenged by raindrops falling to the ground surface just below the scavenging point, which is normally used in mesoscale numerical models. A sensitivity analysis of the proposed wet deposition procedure is implemented. The result indicates the applicability of RANS for high-resolution grids considering the effect of terrains on the wet deposition.
강한 압축성을 갖는 유동의 DES 해석에서, 일반적인 경험상수 $C_{DES}$ 값 0.65를 사용할 경우 경계층 내에서 인위적으로 LES 모드로 수행된다. 본 연구에서는 S-A DES 모델에서 RANS 모드 보호를 위하여 사용되는 난류 길이와 벽거리 비의 분포 함수를 이용한 $C_{DES}$의 동적 결정 방법을 제시하였다. 동적 $C_{DES}$ 결정식을 초음속 기저 유동장에 적용한 결과 다른 모델 상수를 사용한 기존의 연구 결과에 비하여 우수한 예측을 보여주었다.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권4호
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pp.502-512
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2013
Simulations of cavitation flow and hull pressure fluctuation for a marine propeller operating behind a hull using the unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations (RANS) are presented. A full hull body submerged under the free surface is modeled in the computational domain to simulate directly the wake field of the ship at the propeller plane. Simulations are performed in design and ballast draught conditions to study the effect of cavitation number. And two propellers with slightly different geometry are simulated to validate the detectability of the numerical simulation. All simulations are performed using a commercial CFD software FLUENT. Cavitation patterns of the simulations show good agreement with the experimental results carried out in Samsung CAvitation Tunnel (SCAT). The simulation results for the hull pressure fluctuation induced by a propeller are also compared with the experimental results showing good agreement in the tendency and amplitude, especially, for the first blade frequency.
In this study, aeroelastic response analyses have been conducted for a 3D wind turbine blade model. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics(CFD) and computational structural dynamics(CSD) has been developed in order to investigate detailed dynamic responsed of wind turbine blade. Vibration analyses of rotating wind-turbine blade have been conducted using the general nonlinear finite element program, SAMCEF (Ver.6.3). Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS)equations with spalart-allmaras turbulence model are solved for unsteady flow problems of the rotating turbine blade model. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of the 3D turbine blade for fluid-structure interaction (FSI) problems. Detailed dynamic responses and instantaneous Mach contour on the blade surfaces considering flow-separation effects are presented to show the multi-physical phenomenon of the rotating wind-turbine blade model.
The objective of this study is to evaluate the prediction accuracy of development large eddy simulation(LES) program for turbulent flow behind a bluff-body. The LES solver was implemented on parallel computer consisting 16 processors. To verify the capability of LES code, the results were compared with those of Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) using standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model as well as experimental data. The results showed that the LES and RANS qualitatively well predicted the experimental results, such as mean axial, radial velocities and turbulent kinetic energy. In the quantitative analysis, however, the LES showed a better prediction performance than RANS. Specially, the LES well described characteristics of the recirculation zones, such as air stagnation point and jet stagnation point. Finally, the unsteady phenomena on the Bluff-body, such as the transition of recirculation region and vorticity, was examined with LES methodology.
In this study, we investigate surge force, heave force, and pitch moment, which are vertical plane hydrodynamics acting on Manta-type unmanned underwater vehicles (UUVs), using a model test and computational fluid dynamics (CFD) simulation. Assessing the maneuvering hydrodynamic characteristic of an underwater glider in the initial design stage is crucial. Although a model test is the best approach for obtaining the maneuvering hydrodynamic derivatives for underwater vehicles, numerical methods, such as Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations, have been used owing to their efficiency in terms of time and cost. Therefore, we conducted an RANS-based CFD calculation and a model test for Manta-type UUVs. In addition, we conducted a validation study through a comparison with a model test conducted at a circular water channel (CWC) in Korea Maritime & Ocean University Furthermore, two RANS solvers (Star-CCM+ and OpenFOAM) were used and compared. Finally, the maneuvering hydrodynamic forces obtained from the static drift and resistance tests for a Manta-type UUV were presented.
The existing code which solves two-dimensional RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) equations and 2-equation turbulence model equations was modified to enable numerical simulation of various supersonic flows. For this, various boundary conditions have been implemented to the code. Bleed boundary condition was incorporated into the code for calculating wall mean flow quantities. Furthermore, boundary conditions for the turbulence quantities along rough surfaces as well as porous walls were applied to the code. The code was verified and validated by comparing the computational results against the experimental data for the supersonic flows over bleed region on a flat plate. Furthermore, numerical simulations for supersonic shock boundary layer interaction with a bleed region were performed and their results were compared with the existing computational results.
This paper provides the structure of a Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) based simulation method and its validation results for the ship motion problem. The motion information of the hull computed from the equations of motion is considered in the momentum equations as the relative fluid motions with respect to a non-inertial coordinates system. A finite volume method is used to solve the governing equations, while the free surface is captured by using a two-phase level-set method and the realizable k-${\varepsilon}$ model is used for turbulence closure. For the validation of the present numerical approach, the numerical results of the resistance and motion tests for DTMB 5415 at two ship speeds are compared against available experimental data.
The present paper presents the CFD result for a beam wave test case. An ONR tumblehome ship model with bilge keels is used. The beam wave test is for zero forward speed and roll and heave 2DOF with wave slope $a_k=0.156$ and wavelength ${\lambda}=1.12L_{PP}$, with $L_{PP}$ the ship length. The problems is solved numerically with an unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes approach. The free surface flow is computed using a single-phase level-set method and the motions in each time step are integrated using a predictor-corrector iteration approach which uses dynamic overset grids moving with relative ship motion. The predicted CFD results for motions and forces are compared with experimental data, showing a reasonable agreement.
The performance of the $k-{\varepsilon}$ and $k-{\omega}$ two-equation turbulence models was investigated in computational simulations of the neutrally stratified atmospheric boundary layer developing above various terrain types. This was achieved by using a proposed methodology that mimics the experimental setup in the boundary layer wind tunnel and accounts for a decrease in turbulence parameters with height, as observed in the atmosphere. An important feature of this approach is pressure regulation along the computational domain that is additionally supported by the nearly constant turbulent kinetic energy to Reynolds shear stress ratio at all heights. In addition to the mean velocity and turbulent kinetic energy commonly simulated in previous relevant studies, this approach focuses on the appropriate prediction of Reynolds shear stress as well. The computational results agree very well with experimental results. In particular, the difference between the calculated and measured mean velocity, turbulent kinetic energy and Reynolds shear stress profiles is less than ${\pm}10%$ in most parts of the computational domain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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