• Journal of Mechanical Science and Technology
• /
• 제18권10호
• /
• pp.1782-1798
• /
• 2004

A numerical study of a natural convection in a rectangular cavity with the low-Reynolds-number differential stress and flux model is presented. The primary emphasis of the study is placed on the investigation of the accuracy and numerical stability of the low-Reynolds-number differential stress and flux model for a natural convection problem. The turbulence model considered in the study is that developed by Peeters and Henkes (1992) and further refined by Dol and Hanjalic (2001), and this model is applied to the prediction of a natural convection in a rectangular cavity together with the two-layer model, the shear stress transport model and the time-scale bound ν$^2$- f model, all with an algebraic heat flux model. The computed results are compared with the experimental data commonly used for the validation of the turbulence models. It is shown that the low-Reynolds-number differential stress and flux model predicts well the mean velocity and temperature, the vertical velocity fluctuation, the Reynolds shear stress, the horizontal turbulent heat flux, the local Nusselt number and the wall shear stress, but slightly under-predicts the vertical turbulent heat flux. The performance of the ν$^2$- f model is comparable to that of the low-Reynolds-number differential stress and flux model except for the over-prediction of the horizontal turbulent heat flux. The two-layer model predicts poorly the mean vertical velocity component and under-predicts the wall shear stress and the local Nusselt number. The shear stress transport model predicts well the mean velocity, but the general performance of the shear stress transport model is nearly the same as that of the two-layer model, under-predicting the local Nusselt number and the turbulent quantities.

• Advances in aircraft and spacecraft science
• /
• 제10권6호
• /
• pp.521-543
• /
• 2023

Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) models are extensively employed in industrial settings for the purpose of simulating intricate fluid flows. However, these models are subject to certain limitations. Notably, disparities persist in the Reynolds stresses when comparing the RANS model with high-fidelity data obtained from Direct Numerical Simulation (DNS) or experimental measurements. In this work we propose an approach to mitigate these discrepancies while retaining the favorable attributes of the Menter Shear Stress Transport (SST) model, such as its significantly lower computational expense compared to DNS simulations. This strategy entails incorporating an explicit algebraic model and employing a neural network to correct the turbulent characteristic time. The imposition of realizability constraints is investigated through the introduction of penalization terms. The assimilated Reynolds stress model demonstrates good predictive performance in both in-sample and out-of-sample flow configurations. This suggests that the model can effectively capture the turbulent characteristics of the flow and produce physically realistic predictions.

• 한국해양공학회지
• /
• 제32권4호
• /
• pp.244-252
• /
• 2018

This paper provides quantification of the effects of the turbulence model and grid refinement on the analysis of tip vortex flows by using the RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) method. Numerical simulations of the tip vortex flows of the NACA $66_2$-415 elliptic hydrofoil were conducted, and two turbulence models for RANS closure were tested, i.e., the Realizable $k-{\varepsilon}$ model and the Reynolds stress transport model. Numerical results were compared with available experimental data, and it was shown that the data for the Reynolds stress transport model that were computed on the finest grid system had better agreement in reproducing the development and propagation of the tip vortex. The Realizable $k-{\varepsilon}$ model overestimated the turbulence level in the vortex core and showed a diffusive behavior of the tip vortex. The tip vortex cavitation on the hydrofoil and its trajectory also showed good agreement between the current numerical results that were obtained using the Reynolds stress transport model and the results observed in the experiment.

• 대한기계학회논문집
• /
• 제16권10호
• /
• pp.1940-1954
• /
• 1992

본 연구에서는 가공기 자체의 파라메터와 성능에 관한 연구로서 출력 에너지 가 서로 다른 가공기를 사용하여 SUS 304 스테인리스 시험편을 관통, 절단하면서 출력 에너지와 최대 출력을 비교하여 보고, 시험편 관통시 주파수와 출력 에너지와의 관계, 시험편 관통시 응융 금속 제거량에 의한 절단 속도의 예측, 서로 다른 출력의 가공에 있어서 슬릿 절단 폭, 커프 폭, 드로스 길이, 절단면의 표면 거칠기 등을 비교하여 출 력차에 따른 가공 특성을 고찰하였다.

• 대한조선학회논문집
• /
• 제51권1호
• /
• pp.67-77
• /
• 2014

In this study, Explicit Algebraic Reynolds Stress Model (EARSM) which is based on the existing ${\kappa}-{\omega}$ model has been applied to the flow field analysis around ship hulls. Existing transport equations for the turbulent kinetic energy and the dissipation rate are used in almost the same form and anisotropy terms of Reynolds stresses are newly considered. The well-known KVLCC2 and KCS hull forms are selected as validation cases, which were also used in 2010 Workshop on CFD in Ship Hydrodynamics. In case of KVLCC2 double model, comparison of mean velocity distribution, turbulent kinetic energy, and Reynolds stresses near the propeller plane has been carried out and wave elevation and wave profiles have been additionally studied for KCS and KVLCC2 with free surface models. Some improved results for mean velocity distribution at the propeller plane have been obtained while there is little change in free surface wave profiles.

• 설비공학논문집
• /
• 제6권4호
• /
• pp.325-336
• /
• 1994

A numerical simulation of velocity and temperature fields and Nusselt number distributions is performed by using the algebraic stress model (ASM) for the velocity profiles and low Reynolds number ${\kappa}-{\varepsilon}$ model and the algebraic heat flux model(AHFM) for turbulent heat transfer in a $180^{\circ}$ bend with a constant wall heat flux. In the low Reynolds number ${\kappa}-{\varepsilon}$ model, turbulent Prandtl number is modified by considering the streamline curvature effect and the non-equilibrium effect between turbulent kinetic energy production and dissipation rate. Every heat flux term presented in the transport equation of turbulent heat flux is reduced to algebraic expressions in a way similar to algebraic stress model. Also. in the wall region, low Reynods number algebraic heat flux model(AHFM) is applied.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제26권5B호
• /
• pp.529-537
• /
• 2006

본 논문에서는 식생된 개수로 흐름의 수치모의에 필요한 항력가중계수의 영향을 분석하였다. 이를 위해 시간 및 공간 평균기법을 이용하여 식생된 개수로 흐름에서 레이놀즈응력의 수송방정식을 유도하였다. 그 결과 총 레이놀즈응력은 시간의 변동 성분에 의한 레이놀즈응력과 공간상의 변동 성분에 의한 레이놀즈응력의 합이며, 총 레이놀즈응력의 수송방정식을 수치모의하기 위한 항력가중계수의 값은 $C_{fk}$ = 1.0인 것으로 나타났다. 그러나 시간의 변동 성분에 의한 레이놀즈응력을 수치모의하기 위해서는 거의 영에 가까운 항력가중계수를 갖는 것으로 나타났다. 이는 과거의 수치모의 연구에서 항력가중계수의 값이 거의 영에 가까울 때 실험결과와 잘 일치했는지에 대한 중요한 이유이다. 즉, 공간상의 변동성분에 의한 레이놀즈응력의 값은 실험을 통해 측정하기 매우 어렵기 때문에 식생된 개수로 흐름에서 측정된 레이놀즈응력은 대부분 시간상의 변동성분에 의한 레이놀즈응력이기 때문이다. 또한 레이놀즈응력모형을 이용하여 항력가중계수에 따른 식생된 개수로 흐름을 수치모의하고 기존의 실험 결과와 비교하였다. 그 결과 평균유속과 레이놀즈응력의 경우 항력가중계수의 영향은 작은 것으로 나타났으나, 난류강도 분포에서는 항력가중계수의 영향이 매우 크게 발생하였다. 또한 총 레이놀즈응력과 시간의 변동성분에 의한 레이놀즈응력의 수송방정식에서 각 항의 수지분석을 통하여 항력가중계수가 난류강도에 미치는 영향을 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제29권1B호
• /
• pp.73-81
• /
• 2009

본 연구에서는 개수로 흐름에서 오염물질 이동 현상에 대한 이차흐름의 영향을 분석하였다. 운동량 방정식과 스칼라 수송 방정식에서의 난류 폐합을 위해 레이놀즈응력 모형 및 GGDH 모형을 사용하였다. 개발된 모형을 이용하여 조 세립상의 횡방향 연속구조를 갖는 개수로 흐름에서의 오염물질 이동에 대한 이차흐름의 영향을 분석하였다. 그 결과, 이차흐름의 영향으로 인해 최대 농도 값의 발생 위치가 이동하는 것으로 나타났으며, 농도 분포 역시 정규 분포에서 거리에 따라 점차 왜곡 되는 것으로 확인되었다. 또한, 이차흐름의 영향으로 자유수면 근처에서는 매끄러운 하상에 비해 거친 하상에서의 오염물질 농도가 더 크게 발생되었으며, 스칼라-흐름률을 계산한 결과, 오염물질의 수직방향 확산은 매끄러운 하상에 비해 거친 하상에서 더 빨리 진행되는 것으로 확인되었다. 한편, 농도 분포 변화에 대한 이차흐름 및 스칼라-흐름률의 영향을 살펴보기 위하여 스칼라 수송률 분석을 수행하였다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제38권10호
• /
• pp.871-883
• /
• 2005

본 논문은 식생된 개수로 흐름에서 난류의 비등방성이 평균유속 및 난류구조에 미치는 영향을 파악하기 위한 수치모의 연구이다. 비등방성 난류모형인 레이놀즈응력모형을 이용하여 식생이 없는 일반 개수로 흐름과 침수 및 정수식생된 개수로 흐름에서의 평균유속 및 난류구조를 수치모의하였다. 수치모의 결과를 기존의 실험결과 및 k-$\epsilon$ 모형과 응력대수식모형에 의한 계산 결과와 비교하였다. 식생이 없는 일반 개수로 흐름과 정수식생된 개수로 흐름에서의 평균유속과 레이놀즈응력을 계산한 결과 등방성 및 비등방성 난류모형에 의한 해석 결과의 차이가 거의 나타나지 않았다. 즉, 난류의 비등방성의 영향이 매우 작은 것으로 나타났다. 그러나 자유수면 및 바닥 근처에서 발생되는 난류의 감쇠효과에 의한 난류의 비등방성은 레이놀즈응력이 가장 잘 예측하는 것으로 나타났다. 침수식생된 개수로 흐름의 경우 식생높이 부근에서 난류의 비등방성이 강하게 발생하는 것으로 나타났다. 계산된 평균유속 및 난류구조는 레이놀즈응력모형이 다른 모형 보다 가장 정확한 예측을 수행하였으며, 등방성 모형인 k-$\epsilon$ 모형은 식생높이 보다 높은 영역에서 평균유속 및 난류강도를 각각 과대 및 과소 예측하는 것으로 나타났다. 또한 계산된 결과를 이용하여 식생된 개수로 흐름에서의 부유사량을 산정한 결과 등방성 난류모형이 부유사량을 과소 산정하는 것으로 나타났다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제25권5호
• /
• pp.550-559
• /
• 2014

Hydraulic performance of the 1 inch ball valve have been analyzed based on the three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis and an experiment. The experimental test rig of the 1 inch ball valve has been developed to investigate pressure drop for the 1 inch ball valve. The numerical model, which has reliability and effectiveness, has been constructed through the grid dependency test and validation with the results of the experiment. Shear stress transport turbulence model has been used to enhance an accuracy of the turbulence prediction in the pipeline and ball valve, respectively. Effects of the ball valve angle on the flow characteristics and friction performance have been evaluated.