We propose a fast and accurate fluid solver of the Wavier-Stokes equations for the physics-based fluid simulations. Our method utilizes the solution of the Stokes equation as an initial guess for the velocity of the nonlinear term in the Wavier-Stokes equations. By guessing the initial velocity close to the exact solution of the given nonlinear differential equations, we can develop remarkably accurate and stable fluid solver. Our solver is based on the implicit scheme of finite difference methods, that makes it work well for large time steps. Since we employ the ADI method, our solver is also fast and has a uniform computation time. The experimental results show that our solver is excellent for fluids with high Reynolds numbers such as smoke and clouds.
Fluid flow through rock fractures has been quantified using equations such as Stokes equations, Reynolds equation (or local cubic law), cubic law, etc. derived from the Navier-Stokes equations under the assumption that linear flow prevails. Therefore, these simplified equations are limited to linear flow regime, and cause errors in nonlinear flow regime. In this study, causal mechanism of nonlinear flow and critical Reynolds number were presented by carrying out fluid flow modeling with both the Navier-Stokes equations and the Stokes equations for a three-dimensional rough-walled rock fracture. This study showed that flow regimes changed from linear to nonlinear at the Reynolds number greater than 10. This is because the inertial forces, proportional to the square of the fluid velocity, increased enough to overwhelm the viscous forces. This tendency was also shown for the unmated (slightly sheared) rock fracture. It was found that nonlinear flow was caused by the rapid increase in the inertial forces with increasing fluid velocity, not by the growing eddies that have been ascribed to nonlinear flow.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.12
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pp.1075-1081
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2007
The temperature preconditioning is applied to the Navier-Stokes equations. Also, a new concept of diffusion Mach numbers is introduced to modify the reference Mach number for the Navier-Stokes equations. Flows over a circular cylinder were calculated at different Reynolds numbers. It is shown that the temperature preconditioning improves the convergence characteristics of Navier-Stokes equations. Also, it is shown that the modified reference Mach number alleviates the convergence problems at locally low speed regions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.4
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pp.239-248
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2017
It is important to understand the dispersion and deposition characteristics of particles in the flow around a circular cylinder. The rotation of a cylinder is considered as a means to modify the particle deposition in this study. We numerically investigate the effects of the rotational speed of a cylinder and the particle Stokes number on particle dispersion and deposition as well as flow characteristics. Results show that the deposition efficiency of small particles (with the Stokes number smaller than 4) decreases significantly as the rotational speed increases. However, when the Stokes number is larger than 4, the deposition efficiency increases slightly with the rotational speed of the cylinder. Meanwhile, for a given rotational speed, the increase in the Stokes number leads to an increase in deposition efficiency and deposited area.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.2
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pp.123-130
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2008
The effects of characteristic condition number on the convergence of preconditioned Navier-Stokes equations were investigated. The two-dimensional preconditioned Navier-Stokes adopting Choi and Merkle's preconditioning and the temperature preconditioning are considered. Preconditioned Roe's FDS scheme was adopted for spatial discretization and preconditioned LU-SGS scheme was used for time integration. It is shown that the convergence characteristics of the Navier-Stokes equations are strongly affected by the characteristic condition number. Also it is shown that the optimal characteristic condition numbers for viscous flows are larger than that in inviscid flows.
Focusing geometry dependence of output Stokes energy in single pass methane Raman shifter is investigated. The experimental result shows that the threshold energy decreases as confocal parameter increases. This result can be explained by gain suppression caused by Stokes - anti-Stokes coupling. In this paper, we give simple analysis for the focusing geometry dependence of Stokes - anti-Stokes coupling and present the criterion of confocal parameter to reduce the gain suppression. Focusing geometry dependence of stimulated Brillouin scattering is measured and the result is in good agreement with theoretical prediction.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.2
no.2
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pp.1-19
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1998
A Chebyshev pseudospectral-finite element method is proposed for two-dimensional unsteady Navier-Stokes equation. The generalized stability and the convergence are proved strictly. The numerical results show the advantages of this method.
Kim Yoonsik;Kwon Jang Hyuk;Choi Yun Ho;Lee Seungsoo
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.35-38
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2002
The convergence acceleration methods for the compressible Wavier-Stokes equations are studied ,which are multigrid method and implicit preconditioned multistage time stepping method. In this paper, the performance of implicit preconditioning methods are studied for the full-coarsening multigrid methods on the high Reynolds number compressible flow computations. The effect of numerical flux on the convergence are investigated for the inviscid and viscous calculations.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.21
no.4
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pp.203-214
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2017
In this paper we propose and analyze two a posteriori error estimators for the stabilized $P_1/P_1$ finite element discretization of the Stokes equations. These error estimators are computed by solving local Poisson or Stokes problems on elements of the underlying triangulation. We establish their asymptotic exactness with respect to the velocity error under certain conditions on the triangulation and the regularity of the exact solution.
In this paper, we propose an efficient technique for improving the grid based fluid simulation by sub-grid visuals. The detailed turbulency generated efficiently by Vortex Particle Method are blended with the flow fields coming from the traditional incompressible Navier-Stokes solver. The algorithm enables large- and small- scale detail to be edited separately.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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