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 Korean Society of Propulsion Engineers
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v.11
no.2
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pp.79-85
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2007
An internal ballistic model to predict the performance of a Polyethylene-GOX (PE-GOX) hybrid motor was proposed and evaluated. A theoretical treatment of the model was followed by detail discussion of each of the factors affecting the overall performance. The present model consists of the governing equations by considering the unsteady burn-back rate of the fuel grain and on-off response characteristics of a oxygen-supply valve. The numerical results using the 4th order Runge-Kutta scheme with temporal physicochemical properties showed good agreements with test results and the global effects of the performance parameters, such as the burning area of the fuel grain, O/F ratio, and etc., on the performance of the motor were analyzed.
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.
Numerical schemes for spacing and time are tested to accurately simulate the wave propagation. The tested numerical schemesinclude 2nd-order central differencing, l-order upwind scheme, 2nd-order Leith scheme, 3rd-order MUSCLE, QUICK and QUICKEST schemes in spacing and the Euler and 4th-order Runge-Kutta(R-K) schemes in time. It is seen that more accurate results are expected when the higher-order schemes, especially the schemes combined with a TVD control limiter, are used for solving the wave equation. The 3rd-order upwind scheme with limiter and the 4th-order R-K scheme in tim£ are finally applied to the wave-making simulation in a digital wave tank.
The unsteady supersonic flow over two- and three-dimensional cavities has been analyzed by the integration of unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) with the k-$\omega$ turbulence model. The unsteady flow is characterized by the periodicity due to the mutual relation between the shear layer and the internal flow in the cavity. An explicit 4th order Runge-Kutta scheme and an upwind TVD scheme based on the flux vector split with the van Leer limiters are used for time and space discritizations, respectively. The cavity has a L/D ratio of 3 for two-dimensional case, and same L/D and W/D ratio of I for three-dimensional case. The Mach and Reynolds numbers are 1.5 and 450000 respectively. In the three-dimensional flow, the field is observed to oscillate in the 'shear layer mode' with a feedback mechanism that follows Rossiter's formula. In the two-dimensional simulation, the self-sustained oscillating flow has more violent fluctuation inside the cavity. The primary fluctuating frequencies of two- and three- dimensional flow agree very well with the 2nd mode of Rossiter's frequency. In the three-dimensional flow, the 1st mode of frequency could be seen.
The screech tone of underexpanded jet is numerically calculated without any specific modeling for the screech tone itself. Fourth-order optimized compact scheme and fourth-order Runge-Kutta method are used to solve the 2D axisymmetric Euler equation. Adaptive nonlinear artificial dissipation model and generalized characteristic boundary condition are also used. The screech tone, generated by a closed loop between instability waves and quasi-periodic shock cells at the near field, is reasonably analyzed with present numerical methods for the underexpanded jet having Mach number 1.13. First of all, the centerline mean pressure distribution is calculated and compared with experimental and other numerical results. The instantaneous density contour plot shows Mach waves due to mixing layer convecting supersonically, which propagate downstream. The pressure signal and its Fourier transform at upstream and downstream shows the directivity pattern of screech tone very clearly. Most of all, we can simulate the axisymmetric mode change of screech tone very precisely with present method. It can be concluded that the basic phenomenon of screech tone including the frequency can be calculated by using high-order and high-resolution schemes without any specific numerical modeling for screech tone feedback loop.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.12
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pp.1624-1634
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1997
A numerical study on two-dimensional unsteady transonic cascade flow has been performed by adopting dual time stepping and the k-.omega. turbulence model. An explicit 4 stage Runge-Kutta scheme for the compressible Navier-Stokes equations and an implicit Gauss-Seidel iteration scheme for the k-.omega. turbulence model are proposed for fictitious time stepping. This mixed time stepping scheme ensures the stability of numerical computation and exhibits a good convergence property with less computation time. Typical steady-state convergence accelerating schemes such as local time stepping, residual smoothing and multigrid combined with dual time stepping shows good convergence properties. Numerical results are presented for unsteady laminar flow past a cylinder and turbulent shock buffeting problem for bicircular arc cascade flow is discussed.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.15
no.4
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pp.291-306
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2011
We consider the second order Strang splitting method to approximate the solution to the KdV equation. The model equation is split into three sets of initial value problems containing convection and dispersal terms separately. TVD MUSCL or MUSCL scheme is applied to approximate the convection term and the second order centered difference method to approximate the dispersal term. In time stepping, explicit third order Runge-Kutta method is used to the equation containing convection term and implicit Crank-Nicolson method to the equation containing dispersal term to reduce the CFL restriction. Several numerical examples of weakly and strongly dispersive problems, which produce solitons or dispersive shock waves, or may show instabilities of the solution, are presented.
The present work is concerned with heat and mass transfer of an electrically conducting second grade MHD fluid past a semi-infinite stretching sheet with convective surface heat flux. The analysis accounts for thermophoresis and thermal radiation. A similarity transformations is used to reduce the governing equations into a dimensionless form. The local similarity equations are derived and solved using Nachtsheim-Swigert shooting iteration technique together with Runge-Kutta sixth order integration scheme. Results for various flow characteristics are presented through graphs and tables delineating the effect of various parameters characterizing the flow. Our analysis explores that the rate of heat transfer enhances with increasing the values of the surface convection parameter. Also the fluid velocity and temperature in the boundary layer region rise significantly for increasing the values of thermal radiation parameter.
Numerical optimization techniques combined with a three-dimensional thin-layer Navier-Stokes solver are presented to find an optimum shape of a stator blade in an axial compressor through calculations of single stage rotor-stator flow. Governing differential equations are discretized using an explicit finite difference method and solved by a multi-stage Runge-Kutta scheme. Baldwin-Lomax model is chosen to describe turbulence. A spatially-varying time-step and an implicit residual smoothing are used to accelerate convergence. A steady mixing approach is used to pass information between stator and rotor blades. For numerical optimization, searching direction is found by the steepest decent and conjugate direction methods, and the golden section method is used to determine optimum moving distance along the searching direction. The object of present optimization is to maximize efficiency. An optimum stacking line is found to design a custom-tailored 3-dimensional blade for maximum efficiency with the other parameters fixed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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