The objective of this study is to investigate numerically the effect of building roof shaps on wind flow and pollutant dispersion in a street canyon with one row of trees of pore volume, $P_{vol}=96%$. A three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model is used to evaluate air flow and pollutant dispersion within an urban street canyon using Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the Explicit Algebraic Reynolds Stress Models (EARSM) based on k-${\varepsilon}$ turbulence model to close the equation system. The numerical model is performed with ANSYS-CFX code. Vehicle emissions were simulated as double line sources along the street. The numerical model was validated by the wind tunnel experiment results. Having established this, the wind flow and pollutant dispersion in urban street canyons (with six roof shapes buildings) are simulated. The numerical simulation results agree reasonably with the wind tunnel data. The results obtained in this work, indicate that the flow in 3D domain is more complicated; this complexity is increased with the presence of trees and variability of the roof shapes. The results also indicated that the largest pollutant concentration level for two walls (leeward and windward wall) is observed with the upwind wedge-shaped roof. But the smallest pollutant concentration level is observed with the dome roof-shaped.
The supersonic flow around tandem cavities was investigated by three- dimensional numerical simulations using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equation with the $\kappa-\omega$ thrbulence model. The flow around a cavity is characterized as unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices due to the interaction between the freestream shear layer and cavity internal flow, the generation of shock and expansion waves, and the acoustic effect transmitted from wake flow to upstream. The upwind TVD scheme based on the flux vector split using van Leer's limiter was used as the numerical method. Numerical calculations were performed by the parallel processing with time discretizations carried out by the 4th-order Runge-Kutta method. The aspect ratio of cavities are 3 for the first cavity and 1 for the second cavity. The ratio of cavity interval to depth is 1. The ratio of cavity width to depth is 1 in the case of three dimensional flow. The Mach number and the Reynolds number were 1.5 and $4.5{\times}10^5$, respectively. The characteristics of the dominant frequency between two-dimensional and three-dimensional flows were compared, and the characteristics of the second cavity flow due to the fire cavity flow cavity flow was analyzed. Both two dimensional and three dimensional flow oscillations were in the 'shear layer mode', which is based on the feedback mechanism of Rossiter's formula. However, three dimensional flow was much less turbulent than two dimensional flow, depending on whether it could inflow and outflow laterally. The dominant frequencies of the two dimensional flow and three dimensional flows coincided with Rossiter's 2nd mode frequency. The another dominant frequency of the three dimensional flow corresponded to Rossiter's 1st mode frequency.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.3
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pp.222-232
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2011
This article examines the scale effect of the flow characteristics, resistance and propulsion performance on a 317k VLCC. The turbulent flows around a ship in both towing and self-propulsion conditions are analyzed by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation together with the application of Reynolds stress turbulence model. The computations are carried out in both model- and full-scale. A double-body model is applied for the treatment of free surface. An asymmetric body-force propeller is used. The speed performances including resistance and propulsion factors are obtained from two kinds of methods. One is to analyze the computational results in model scale through the revised ITTC' 78 method. The other is directly to analyze the computational results in full scale. Based on the computational predictions, scale effects of the resistance and the self-propulsion factors including form factor, thrust deduction fraction, effective wake fraction and various efficiencies are investigated. Scale effects of the streamline pattern, hull pressure and local flow characteristics including x-constant sections, propeller and center plane, and transom region are also investigated. This study presents a useful tool to hull-form and propeller designers, and towing-tank experimenters to take the scale effect into consideration.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.2
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pp.163-177
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2010
This article examines hydrodynamic characteristics and speed performances of a ship attached with a full spade and a twisted rudder based on a computational method. For this study, a 13,100 TEU container carrier is selected. The turbulent flows around a ship are analyzed by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation together with the application of Reynolds stress turbulence model. The computations are carried out at the conditions of rudder, bare hull, hull-rudder and hull-propeller-rudder. An asymmetric body-force propeller is applied. The speed performance is predicted by the model-ship performance analysis method of the revised ITTC'78 method. The hydrodynamic forces are compared in both rudder-open-water and self-propulsion conditions. The flow characteristics, the speed performance including propulsion factors and the rudder-cavitation performance are also compared. The model tests are conducted at a deep-water towing tank to validate the computational predictions. The computational predictions show that the twisted rudder is superior to the full spade rudder in the respect of the speed and the cavitation performances.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.3
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pp.28-40
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2002
Turbulent flows around two-dimensional wing sections in ground effect are analysed by incompressible RANS equations and a finite difference method. The Baldwin-Lomax algebraic turbulence model is used to simulate high Reynolds number flows. The main purpose of this study is to clarify the two-dimensional ground effect and its flow characteristics due to different ground boundary conditions, i.e., moving and fixed bottom boundary. As a first step, to validate the present numerical code, the computational result of Clark-Y(t/C 11.7%) is compared with published numerical results and experimental data. Then, NACA4412 section in ground effect is calculated for various ground clearances with two bottom boundary conditions. According to the computational results, the difference in the lift and moment simulated with the two bottom boundary conditions is negligible, but the drag force simulated by the fixed bottom is to some extent smaller than that by the moving bottom. Therefore, it can be concluded that the drag force measured in a wind tunnel with the fixed bottom could be smaller than that with the moving bottom.
The supersonic flows around tandem cavities were investigated by two-dimensional and three-dimensional numerical simulations using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equation with the k- ω turbulence model. The flow around a cavity is characterized as unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices due to the interaction between the freestream shear layer and cavity internal flow, the generation of shock and expansion waves, and the acoustic effect transmitted from wake flow to upstream. The upwind TVD scheme based on the flux vector split with van Leer's limiter was used as the numerical method. Numerical calculations were performed by the parallel processing with time discretizations carried out by the 4th-order Runge- Kutta method. The aspect ratios of cavities are 3 for the first cavity and 1 for the second cavity. The ratio of cavity interval to depth is 1. The ratio of cavity width to depth is 1 in the case of three dimensional flow. The Mach number and the Reynolds number were 1.5 and $4.5{\times}10^5$, respectively. The characteristics of the dominant frequency between two- dimensional and three-dimensional flows were compared, and the characteristics of the second cavity flow due to the first cavity flow was analyzed. Both two dimensional and three dimensional flow oscillations were in the 'shear layer mode', which is based on the feedback mechanism of Rossiter's formula. However, three dimensional flow was much less turbulent than two dimensional flow, depending on whether it could inflow and outflow laterally. The dominant frequencies of the two dimensional flow and three dimensional flows coincided with Rossiter's 2nd mode frequency. The another dominant frequency of the three dimensional flow corresponded to Rossiter's 1st mode frequency.
A numerical study of a turbulent natural convection in an enclosure with the lattice Boltzmann method (LBM) is presented. The primary emphasis of the present study is placed on investigation of accuracy and numerical stability of the LBM for the turbulent natural convection flow. A HYBRID method in which the thermal equation is solved by the conventional Reynolds averaged Navier-Stokes equation method while the conservation of mass and momentum equations are resolved by the LBM is employed in the present study. The elliptic-relaxation model is employed for the turbulence model and the turbulent heat fluxes are treated by the algebraic flux model. All the governing equations are discretized on a cell-centered, non-uniform grid using the finite-volume method. The convection terms are treated by a second-order central-difference scheme with the deferred correction way to ensure accuracy and stability of solutions. The present LBM is applied to the prediction of a turbulent natural convection in a rectangular cavity and the computed results are compared with the experimental data commonly used for the validation of turbulence models and those by the conventional finite-volume method. It is shown that the LBM with the present HYBRID thermal model predicts the mean velocity components and turbulent quantities which are as good as those by the conventional finite-volume method. It is also found that the accuracy and stability of the solution is significantly affected by the treatment of the convection term, especially near the wall.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.1
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pp.72-78
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2008
In this study, advanced (fluid-structure interaction (FSI)) analysis system has been developed in order to predict turbine cascade performance with blade deformation effect due to aerodynamic loads. Intereference effects due to the relative movement of the rotor cascade with respect to the stator cascade are also considered. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with one equation Spalart-Allmaras and two-equation k-ω SST turbulence models are solved to accurately predict fluid dynamic loads considering flow separation effects. A fully implicit time marching scheme based on the (coupled Newmark time-integration method) with high artificial damping is efficiently used to compute the complex fluid-structure interaction problem. Predicted aerodynamic performance considering structural deformation effect of the blade shows somewhat different results compared to the case of rigid blade model. Cascade performance evaluations for different elastic axis positions are importantly presented and its aeroelastic effects are investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1675-1683
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1995
A numerical study of the fluid flow and heat transfer characteristics of the two-dimensional impingement jet with a confinement plate has been carried out. The fluid flow was calculated by solving the full Navier-Stokes equation. In doing that, the well known SIMPLER algorithm was used and the trouble making convection term was discretized according to QUICKER scheme. The energy equation was simply solved by using the SOR method. For the Reynolds number of 10000, two channel heights, say 1.5 and 3.0 times the jet exit width, and two thermal boundary conditions constant wall temperature and constant wall heat flux were considered. Discrete heat sources were flush mounted along the impingement plate at a distance of 0, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, times the jet exit width from the stagnation point. The length of each heat source is 4 times the jet exit width long. The Nusselt number averaged over each heat source was compared with experiment. Comparison shows that both calculations and experiment have the secondary peak of Nusselt number at downstream of stagnation point, even though there is a little quantitative difference in between. The difference is believed due to abscure thermal boundary condition in experiment and also accuracy of turbulence model used. The secondary peak is shown to be caused by rigorous turbulent flow motion generated as the wall jet flow is retarded and developes into the channel flow without flow reversal.
Kim, Nam-Il;Kim, Dae-Geun;Lee, Kil-Seong;Kim, Dal-Sun
Journal of Korea Water Resources Association
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v.38
no.3
s.152
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pp.189-198
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2005
This study showed that numerical simulation can be effectively used to analyze discharge capacity according to the form and arrangement of the lock gate of a tidal power plant. For the numerical simulation, FLOW-3D with Reynolds-averaged Navier-Stokes equation as a governing equation was used. This study found that improvement of apron length and approach angle of guide wall of the lock gate causes differences in discharge capacity of $10\%$ or more. In addition, there was a difference of discharge capacity caused by the connecting structures of the drainage gate and hydraulic turbine structure and the side slope at the end of apron. This study also showed that hydraulic investigation to enhance a discharge capacity is needed when the lock gate is designed and that numerical model experiments can be a useful analysis tool to design the drainage structure, as well as the hydraulic model experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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