A finite element code based on P2P1 tetra element has been developed for the large eddy simulation (LES) of turbulent flows around a complex geometry. Fractional 4-step algorithm is employed to obtain time accurate solution since it is less expensive than the integrated formulation, in which the velocity and pressure fields are solved at the same time. Crank-Nicolson method is used for second order temporal discretization and Galerkin method is adopted for spatial discretization. For very high Reynolds number flows, which would require a formidable number of nodes to resolve the flow field, SUPG (Streamline Upwind Petrov-Galerkin) method is applied to the quadratic interpolation function for velocity variables, Noting that the calculation of intrinsic time scale is very complicated when using SUPG for quadratic tetra element of velocity variables, the present study uses a unique intrinsic time scale proposed by Codina et al. since it makes the present three-dimensional unstructured code much simpler in terms of implementing SUPG. In order to see the effect of numerical diffusion caused by using an upwind scheme (SUPG), those obtained from P2P1 Galerkin method and P2P1 Petrov-Galerkin approach are compared for the flow around a sphere at some Reynolds number. Smagorinsky model is adopted as subgrid scale models in the context of P2P1 finite element method. As a benchmark problem for code validation, turbulent flows around a sphere and a MIRA model have been studied at various Reynolds numbers.
축방향으로 벽면에서 일정한 열 유속의 경계조건을 갖는 곡관 유동에서 유동장 및 온도장에서의 Dean 수와 곡률의 영향을 알아보기 위한 층류 유동 및 열전달에 관한 3차원 수치모사를 수행하였다. 연구에서 수행된 레이놀즈 수의 범위는 100~4000이며 Prandtl 수는 0.71이다. 곡률 비는 0.01, 0.025, 0.05 그리고 0.1이다. 본 연구에서 계산된 축방향 속도 및 온도 분포, 국소 Nusselt 수는 기존의 수치 및 실험 결과들과 잘 일치하였다. 유동 및 열전달에 대한 곡률의 영향을 알아보기 위하여 저항계수 및 열전달 계수가 계산되었고 기존의 이론 및 실험 연구의 결과들과 비교하였다. Dean 수와 Prandtl 수에 의한 평균 Nusselt 수의 관계식을 유도하였다. 또한 곡률의 변화에 따른 난류 유동으로 천이하는 임계 레이놀즈 수의 변화를 알아보았다.
The interaction of mixed convection and surface radiation in a printed circuit board(PCB) is investigated numerically. The electronic equipment is modeled by a two-dimensional channel with three hot blocks. In order to calculate the turbulent flow characteristics, the low Reynolds number k-.epsilon. model which is proposed by Launder and Sharma is applied. The S-4 approximation is used to solve the radiative transfer equation. The effects of the Reynolds number and geometric configuration variation of PCB on the flow and heat transfer characteristics are analyzed. As the results of this study, it is found that the thermal boundary layer occured at adiabatic wall in case with thermal radiation included, and the effect of radiation is also found to be insignificant for high Reynolds numbers. It is found, as well, that the heat transfer increases as the Reynolds number and block space increase and the channel height decreases and the heat transfer of vertical channel is greater than that of horizontal channel.
In order to protect the turbine blade from working fluid of high temperature, many cooling techniques such as internal convection cooling, film cooling, impinging jet cooling and thermal barrier coating have been developed. With all other things, film-cooling has been widely used as the important alternative. In the present work, numerical analysis has been performed to investigate and to compare the film-cooling performance of various film-cooling hole schemes such as cylindrical, crescent, louver, and dumbbell holes. To analyze the turbulent flow and the film-cooling mechanism, three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis has been performed with shear stress transport turbulence model. The validation of numerical results has been assessed in comparison with experimental data. The characteristics of fluid flow and the film-cooling performance for each shaped hole have been investigated and evaluated in terms of centerline, laterally averaged and spatially averaged film-cooling effectivenesses. Among the film cooling holes, the dumbbell shaped hole shows better film-cooling effectiveness than the other shaped holes. And the louver and cylindrical shaped hole show the worst film cooling performance, and concentrated flows on near the centerline only.
Numerical analysis using three dimensional finite volume method for the discretization, adaptive grid method for the numerical accuracy, multiple rotating frame method for the rotating body and the standard $k-{\epsilon}$ model for the turbulent flow was performed to understand the heat transfer phenomena and to improve the efficiency of the scroll compressor. The temperature measurement was carried out under ARI condition. It was found that the fluid temperature in the compressor was predicted accurately while the temperature of the motor coil showed large discrepancy between the calculation and experiment due to the large anisotropy of the conductivity and non homogeneity. We found that the efficiency of the compressor depends on the inlet temperature of the compressing part and the flow pattern around the inlet region of the compressing part influences the inlet temperature due to high surface temperature of the main frame. The efficiency of the compressor using Coanda effect is higher than the previous one because the smooth suction at the inlet region of the compressing part leads to low heat transfer to the refrigerant of the compressor.
Simulation of three-dimensional turbulent flow with LES and DNS lakes much time and expense with currently available computing resources and requires big computing resources especially for high Reynolds number. The emerging alternative to provide the required computing power and working environment is the Grid computing technology. We developed the CFD code which carries out the parallel computing under the Grid environment. We constructed the Grid environment by connecting different PC-cluster systems located at two different institutes of Pusan National University in Busan and KISTI in Daejeon. The specification of PC-cluster located at two different institutes is not uniform. We run our parallelized computer code under the Grid environment and compared its performance with that obtained using the homogeneous computing environment. When we run our code under the Grid environment, the communication time between different computer nodes takes much larger time than the real computation time. Thus the Grid computing requires the highly fast network speed.
In some portions of nuclear piping systems, stratification phenomena may occur due to the density difference between hot and cold stream. When the temperature difference is large, the stratified flow under diverse operating conditions can produce high thermal stress, which leads to unanticipated piping integrity issues. The objectives of this research are to examine controvertible numerical factors such as model size, grid resolution, turbulent parameters, governing equation, inflow direction and pipe wall. Parametric three-dimensional computational fluid dynamics analyses were carried out to quantify effects of these parameters on the accuracy of temperature profiles in a typical nuclear piping with complex geometries. Then, as a key finding, it was recommended to use optimized mesh of real piping with the conjugated heat transfer condition for accurate thermal stratification analyses.
The Optimal solutions of the design variables in internally finned tubes have been obtained for three-dimensional periodically fully developed turbulent flow and heat transfer. For a trapezoidal fin profile, performances of the heat exchanger are determined by considering the heat transfer rate and pressure drop, simultaneously, that are interdependent quantities. Therefore, Pareto frontier sets of a heat exchanger can be acquired by integrating CFD and a multi-objective optimization technique. The optimal values of fin widths $(d_1,\;d_2)$, fin height(h) and helix angle$(\gamma)$ are numerical1y obtained by minimizing the pressure loss and maximizing the heat transfer rate within ranges of $d_1=0.5\sim1.5mm$, $d_2=0.5\sim1.5mm$, $h=0.5\sim1.5mm$, and $\gamma=0\sim20^{\circ}$. For this, a general CFD code and a global genetic algorithm(GA) are used. The Pareto sets of the optimal solutions can be acquired after $30^{th}$ generation.
It was noted by the several researchers that the voltage outputs in response to a single yawed hot-wire sensor in a flow perpendicular to the axis deviate from the theoretical voltage output by King's law and Jorgensen's relation. This study noticed that the calibration coefficients of original Grande's method are not constant and fairly sensitive to the radial angle (${\alpha}_{R}$). For more accuracy, this study interpolated the parameters of the Grande relation as a function of radial angle and compared velocity components with ones by Jorgensen and original Grande relation in the calibration jet flow. Finally, as a test case, 3-dimensional turbulent flows of the inlet plane of 180 degree bend are measured and compared the velocity components by above three methods and showed the characteristics of the flows.
본 연구에서는 초음속 공동유동장에서 발생하는 압력 진동을 완화시키기 위하여 사용된 두 가지 피동제어방법들의 유효성을 수치해석적으로 조사하였다. 사용된 제어 장치들은 삼각돌기와 sub-cavity로, 전단층의 발달 특성을 조절하기 위하여 공동 전단 부근에 설치된다. 공동유동의 압력변동 특성을 조사하기 위하여 3차원 비정상 Navier-Stokes 방정식에 유한체적법을 적용하여 유동장을 모사하였으며, 유동의 난류상태량들은 LES 방법을 사용하여 계산하였다. 그 결과, 공동유동의 진동 특성은 공동의 후단 벽면에서 발생하는 압력 진동에 의해 지배되며, 제시된 방법들의 효과는 공동의 후단에서 가장 크게 나타났다. 특히, sub-cavity는 삼각돌기나 블로잉이 있는 경우에 비하여 압력 진동 저감효과가 상대적으로 크며, sub-cavity가 큰 경우 압력 진동의 저감효과가 더욱 뚜렷하게 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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