The present study addresses a computational result of unsteady gas flow through a critical nozzle. The axisymmetric, unsteady, compressible, Wavier-Stokes equations are solved using a finite volume method that makes use of the second order upwind scheme for spatial derivatives and the multi-stage Runge-Kutta integral scheme for time derivatives. The steady solutions of the governing equation system are validated with the previous experimental data to ensure that the present computational method is valid to predict the critical nozzle flows. In order to simulate the effects of back pressure fluctuations on the critical nozzle flows, an excited pressure oscillation with an amplitude and frequency is assumed downstream of the exit of the critical nozzle. The results obtained show that for low Reynolds numbers, the unsteady effects of the pressure fluctuations can propagate upstream of the throat of critical nozzle, and thus giving rise to the applicable fluctuations in mass flow rate through the critical nozzle, while for high Reynolds numbers, the pressure signals occurring at the exit of the critical nozzle do not propagate upstream beyond the nozzle throat. For very low Reynolds number, it is found that the sonic line near the throat of the critical nozzle remarkably fluctuateswith time, providing an important mechanism for pressure signals to propagate upstream of the nozzle throat, even in choked flow conditions. The present study is the first investigation to clarify the unsteady effects on the critical nozzle flows.
Kang H. K;Tsutahara M;Shikata K;Kim E. R;Kim Y. T;Lee Y. H
Journal of computational fluids engineering
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v.10
no.1
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pp.8-15
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2005
Aerodynamic sounds generated by a uniform flow around a two-dimensional circular cylinder at Re=150 are simulated by applying the finite difference lattice Boltzmann method. Thethird-order-accurate up-wind scheme (UTOPIA) is used for the spatial derivatives, and the second-order-accurate Runge-Kutta scheme is applied for the time marching. We have succeed in capturing very small pressure fluctuations with the same frequency of the Karman vortex street compared with the pressure fluctuation around a circular cylinder. The propagation velocity of the acoustic waves shows that the points of peak pressure are biased upstream due to the Doppler effect in the uniform flow. For the downstream, on the other hand, it is faster. It is also apparent that the amplitude of sound pressure is proportional to r /sup -1/2/,r being the distance from the center of the circular cylinder. To investigate the effect of the lattice dependence, furthermore, 2D computations of the tone noises radiated by a square cylinder and NACA0012 with a blunt trailing edge at high incidence and low Reynolds number are also investigate.
The pyrolysis reactions of atomic hydrogen with chloroform were studied In a 4 cm 1.6. tubular flow reactor with low flow velocity 1518 cm/sec and a 2.6 cm 1.4. tubular flow reactor with high flow velocity (1227 cm/sec). The hydrogen atom concentration was measured by chemiluminescence titration with nitrogen dioxide, and the chloroform concentrations were determined using a gas chromatography. The chloroform conversion efficiency depended on both the chloroform flow rate and linear flow velocity, but 416 not depend on the flow rate of hydrogen atom. A computer model was employed to estimate a rate constant for the initial reaction of atomic hydrogen with chloroform. The model consisted of a scheme for chloroform-hydrogen atom reaction, Runge-Kutta 4th-order method for Integration of first-order differential equations describing the time dependence of the concentrations of various chemical species, and Rosenbrock method for optimization to match model and experimental results. The scheme for chloroform-hydrogen atom reaction Included 22 elementary reactions. The rate constant estimated using the data obtained from the 2.6 cm 1.4. reactor was to be 8.1 $\times$$10^{-14}$$cm^3$/molecule-sec and 3.8 $\times$$10^{-15}$ cms/molecule-sec, and the deviations of computer model from experimental results were 9% and 12% , for the each reaction time of 0.028 sec and 0.072 sec, respectively.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.28
no.5
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pp.717-727
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2004
In this study, we simulate the aerodynamic sounds generated by a two-dimensional circular cylinder in a uniform flow are simulated by applying the finite difference lattice Boltzmann method (FDLBM). The third-order-accurate up-wind scheme (UTOPIA) is used for the spatial derivatives. and the second-order-accurate Runge-Kutta scheme is applied for the time marching. The results show that we successively capture very small acoustic pressure fluctuations with the same frequency of the Karman vortex street compared with the Pressure fluctuation around a circular cylinder The propagation velocity of the acoustic waves shows that the points of peak pressure are biased upstream due to the Doppler effect in the uniform flow For the downstream. on the other hand. it quickly Propagates. It is also apparent that the amplitude of sound Pressure is Proportional to $r^{-1/2}$, r being the distance from the center of the circular cylinder. To investigate the effect of the lattice dependence furthermore a 2D computation of the tone noise radiated by a NACA0012 with a blunt trailing edge at high incidence and low Reynolds number is also investigated.
A computer code has been developed for the computation of the viscous flow around a ship model with the free surface. In this code, the incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are solved numerically by a finite difference method which employes second-order finite differences for the spatial discretization and a four-stage Runge-Kutta scheme for the temporal integration of the governing equations. For the turbulence closure, a modified version of the Baldwin-Lomax model is exploited. The location of the free surface is determined by solving the equation of the kinematic free-surface condition using the Lax-Wendroff scheme and the boundary-fitted grid is generated at each time step so that one of the grid surfaces always coincides with the free surface. An inviscid approximation of the dynamic free-surface boundary condition is applied as the boundary conditions for the velocity and pressure on the free surface. To validate the computational method and the computer code developed in the present study, the numerical computations are carried out for both Wigley parabolic hull and Series 60 $C_B=0.6$ ship model and the computational results are compared with the experimental data.
In this study, 2D computations of the Aeolian tones for some obstacles (circular cylinder, square cylinder and NACA0012 airfoil) are simulated. First of all, we calculate the flow noise generated by a uniform flow around a two-dimensional circular cylinder at Re=150 are simulated by applying the finite difference lattice Boltzmann method (FDLBM). The third-order-accurate up-wind scheme (UTOPIA) is used for the spatial derivatives, and the second-order-accurate Runge-Kutta scheme is applied for the time marching. The results show that we successively capture very small acoustic pressure fluctuation with the same frequency of the Karman vortex street compared with the pressure fluctuation around a circular cylinder. The propagation velocity of the acoustic waves shows that the points of peak pressure are biased upstream due to the Doppler effect in the uniform flow. For the downstream, on the other hand, it is faster. To investigate the effect of the lattice dependence, furthermore, simulations of the Aeolian tones at the low Reynolds number radiated by a square cylinder and a NACA0012 airfoil with a blunt trailing edge at high incidence are also investigated.
Kim, Jae-Hyung;Kim, Heuy-Dong;Lee, Ho-Joon;Hwang, Shang-Yoon
Proceedings of the KSME Conference
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2003.11a
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pp.998-1003
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2003
Ultrasonic flow metering(UFM) technology is being received much attention from a variety of industrial fields to exactly measure the flow rate. The UFM has much advantage over other conventional flow meter systems, since it has no moving parts, and offers good accuracy and reliability without giving any disturbances to measure the flow rate, thereby not causing pressure losses in the flow fields. In the present study, 3-dimensional, unsteady, compressible Navier-Stokes equations are solved by a finite volume scheme, based upon the second order upwind scheme for spatial derivatives and the multi-stage Runge-Kutta integral method for time derivatives. In order to simulate multi-path ultrasonic flow meter, an excited pressure signal is applied to three different locations upstream, and the pressure signals are received at three different locations downstream. The mean flow velocities are calculated by the time difference between upstream and downstream propagating pressure signals. The obtained results show that the present CFD method simulates successfully ultrasonic meter gas flow and the mean velocity measured along the chord near the wall is considerably influenced by the boundary layers.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.3
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pp.201-209
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2013
Much numerical and experimental research has been done for the flow around an oscillating airfoil. The main research topics are vortex shedding, dynamic stall phenomenon, MAV's lift and thrust generation. Until now, researches mainly have been concentrated on analyzing the wake flow for the variation of frequency and amplitude at a low angle of attack. In this study, wake structures and acoustic wave propagation characteristics were studied for a plunging airfoil at high angle of attack. The governing equations are the Navier-Stokes equation with LES turbulence model. OHOC (Optimized High-Order Compact) scheme and 4th order Runge-Kutta method were used. The Mach number is 0.3, the Reynolds number is, and the angle of attack is from $20^{\circ}$ to $50^{\circ}$. The plunging frequency and the amplitude are from 0.05 to 0.15, and from 0.1 to 0.2, respectively. Due to the high resolution numerical method, wake vortex shedding and pressure wave propagation process, as well as the propagation characteristics of acoustic waves can be simulated. The results of frequency analysis show that the flow has the mixed characteristics of the forced plunging frequency and the vortex shedding frequency at high angle of attack.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.10a
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pp.234-239
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2002
Acoustic sounds generated by a uniform flow around a two-dimensional circular cylinder at Re=200 are simulated using finite difference lattice Boltzmann method. A third-order-accurate up-wind scheme is used for spartial derivatives, and a second-order-accurate Runge-Kutta scheme is used for time marching. The results show that in capturing very small acoustic pressure fluctuation with same frequency of Karman vortex street compared with the pressure fluctuation around a circular cylinder. The propagation velocity of acoustic sound is presented that acoustic which approaches tire upstream due to Doppler effect in the uniform flow slowly propagates, while that for the downstream quickly propagates. It is also apparent that the size of sound pressure is proportional for central distance $r^{-1/2}$ of the cylinder.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.1
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pp.38-52
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1991
In this paper, a semi-Lagrangian method is used to solve the nonlinear hydrodynamics of a three-dimensional body beneath the free surface in the time domain. The boundary value problem is solved by using the boundary integral method. The geometries of the body and the free surface are represented by the curved panels. The surfaces are discretized into the small surface elements using a bi-cubic B-spline algorithm. The boundary values of $\phi$ and $\frac{\partial{\phi}}{\partial{n}}$ are assumed to be bilinear on the subdivided surface. The singular part proportional to $\frac{1}{R}$ are subtracted off and are integrated analytically in the calculation of the induced potential by singularities. The far field flow away from the body is represented by a dipole at the origin of the coordinate system. The Runge-Kutta 4-th order algorithm is employed in the time stepping scheme. The three-dimensional form of the integral equation and the boundary conditions for the time derivative of the potential Is derived. By using these formulas, the free surface shape and the equations of motion are calculated simultaneously. The free surface shape and fille forces acting on a body oscillating sinusoidally with large amplitude are calculated and compared with published results. Nonlinear effects on a body near the free surface are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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