• 제목/요약/키워드: Time Marching

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차분래티스 볼츠만 법을 이용한 저Mach수 흐름에서의 유동소음해석 (Numerical Simulation of Aeroacoustic Noise at Low Mach Number Flows by Using the Finite Difference Lattice Boltzmann Method)

  • Eun-Ra Kim;Jeong-Hwan Kim;Ho-Keun Kang
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • 제28권5호
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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.

저 Mach 수 흐름에서 차분격자볼츠만법에 의한 유동소음의 직접계산 (Direct Simulation of Flow Noise by the Lattice Boltzmann Method Based on Finite Difference for Low Mach Number Flow)

  • 강호근;이영호
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2003년도 추계학술대회
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    • pp.804-809
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    • 2003
  • 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.

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3차원 축류압축기 블레이드의 유체유발진동 해석 (Flow-induced Vibration(FIV) Analysis of a 3D Axial Compressor Blade)

  • 김동현;김유성;;정규강;김경희;민대기
    • 한국소음진동공학회논문집
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    • 제19권6호
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    • pp.551-559
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    • 2009
  • In this study, flow-induced vibration(FIV) analyses have been conducted for a 3D compressor blade model. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics(CFD) and computational structural dynamics(CSD) has been developed in order to investigate detailed dynamic responses of designed compressor blades. Fluid domains are modeled using the computational grid system with local grid deforming and remeshing techniques. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $\kappa-\epsilon$ turbulence model are solved for unsteady flow problems of the rotating compressor model. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of the 3D compressor blade for fluid-structure interaction(FSI) problems. Detailed dynamic responses and instantaneous pressure contours on the blade surfaces considering flow-separation effects are presented to show the multi-physical phenomenon of the rotating compressor blade.

수치해석을 통한 대형 선박용 프로펠러의 비공동소음 예측 (Prediction of Non-cavitation Noise from Large Scale Marine Propeller)

  • 유기완;이종열;김봉기;변정우
    • 한국소음진동공학회논문집
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    • 제25권2호
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    • pp.75-82
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    • 2015
  • Noises from the large scale marine propeller are calculated numerically on non-cavitation condition. The hydrodynamic analysis is carried out by potential based panel method with time marching free wake approach. The distribution of hydrodynamic loads on the propeller surface and noise signals are obtained using the unsteady Bernoulli's equation and the Farasssat's formula respectively. It turns out that the noise signal at the narrow band shows strong peak at the blade passage frequency, and the peak value at the 1/3 octave band also shows the same trend. Noise signals and directivity patterns for both the thickness and the loading noise are compared with each other. The directivity pattern for the loading noise shows minor lobe at the backward side of the rotating disc plane.

Convergence Characteristics of Upwind Method for Modified Artificial Compressibility Method

  • Lee, Hyung-Ro;Lee, Seung-Soo
    • International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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    • 제12권4호
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    • pp.318-330
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    • 2011
  • This paper investigates the convergence characteristics of the modified artificial compressibility method proposed by Turkel. In particular, a focus is mode on the convergence characteristics due to variation of the preconditioning factor (${\alpha}_u$) and the artificial compressibility (${\beta}$) in conjunction with an upwind method. For the investigations, a code using the modified artificial compressibility is developed. The code solves the axisymmetric incompressible Reynolds averaged Navier-Stokes equations. The cell-centered finite volume method is used in conjunction with Roe's approximate Riemann solver for the inviscid flux, and the central difference discretization is used for the viscous flux. Time marching is accomplished by the approximated factorization-alternate direction implicit method. In addition, Menter's k-${\omega}$ shear stress transport turbulence model is adopted for analysis of turbulent flows. Inviscid, laminar, and turbulent flows are solved to investigate the accuracy of solutions and convergence behavior in the modified artificial compressibility method. The possible reason for loss of robustness of the modified artificial compressibility method with ${\alpha}_u$ >1.0 is given.

축대칭 초음속 제트에서 스크리치 모드 전이현상의 수치적 연구 (Numerical Investigation on the Mechanism of Mode Transition in Axi-symmetric Supersonic Jet Screech)

  • 빈종훈
    • 한국항공우주학회지
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    • 제38권8호
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    • pp.790-797
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    • 2010
  • 마하수 1.0~1.2 범위의 초음속 제트에서 발생되는 축대칭 스크리치 톤 소음의 모드 전이 현상이 수치적으로 분석되었다. 이를 위해 k-e 난류모델을 가진 축대칭 Navier-Stokes 방정식이 사용되었으며 수치기법으로서 공간에 대해 소산관계보존기법과 시간에 대해 최적화된 4단계 시간 적분법이 사용되었다. 특히 낮은 마하수에서 발생하는 축대칭 A1 모드의 경우, 비선형성에 기인한 부가적인 음향파 발생을 확인하였으며, 강한 와류의 발생으로 인해 스크리치 소음 주파수는 와류 통과 주파수와 일치함을 알게 되었다.

초임계상태에서 주위 유동 속도와 압력 변화에 따른 헵탄 액적의 기화 특성 (Effects of Convective Velocity and Ambient Pressure on the Characteristics of Heptane Droplet Vaporization in Supercritical Environments)

  • 임종혁;이봉수;구자예
    • 한국항공우주학회지
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    • 제33권4호
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    • pp.71-78
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    • 2005
  • 초임계 상태의 질소 유동 환경에서 헵탄 액적의 기화 특성을 수치적으로 연구하였다. 더불어 실기체 효과와 액적 내부 순환, 다양한 열역학적 물성치 및 고압 효과를 고려하였다. 또한 헵탄 액적 바로 근처에서의 저속 유동 문제를 풀기 위하여 예조건화 스킴을 적용한 시간 전진법을 수치 코드에 적용하였다. 주위 유동 속도와 주위 압력을 변화 시켜가면서 액적의 거동을 살펴보았다. 유동 속도 증가로 인한 레이놀즈수의 증가에 따라 액적의 변형이 활발히 이루어졌고, 동일한 레이놀즈수에 대해서는 압력이 높아질수록 액적의 변형이 약화되었다.

스펙트럴법을 적용한 2차원 비정상 점성유동해석 (Application of Spectral Method to Two-Dimensional Unsteady Viscous Flow Analysis)

  • 신영섭
    • 대한조선학회논문집
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    • 제33권4호
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    • pp.48-59
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    • 1996
  • 비정상 점성유동 수치해석단계는 연속방정식을 만족시키는 공간해석단계와 시간전진단계로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 공간해석단계의 압력 Poisson 방정식의 해를 구하는데 스팩트럴법을 이용하였다. 압력 Poisson 방정식의 최고차미분항을 Fourier 급수로 전개하면 압력 및 압력의 1차미분항의 Fourier 급수의 적분으로 표현되므로 Gibb's 현상을 제거할 수 있어, 비주기성인 경우에도 스팩트럴법을 적용할 수 있다. 수치해법의 검증을 위하여 2차원 원주상체 및 날개주위 비정상 점성유동을 수치해석하였고, 그 결과를 비교하여 보았다.

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회전 및 유동효과를 고려한 터보기계 블레이드의 진동해석 (Vibration Analysis of a Turbo-Machinery Blade Considering Rotating and Flow Effect)

  • 정규강;신승훈;박희용;김동현
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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    • pp.519-522
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    • 2010
  • 블레이드 구조변형 효과를 고려한 스테이터-로터의 케스케이드 모델의 상호간섭의 평가를 위하여 유체-구조 연계 해석 시스템을 수행하였다. 고정된 스테이트와 회전하는 로터는 상호 간섭 영향이 유동해석에 고려되었다. 또한 정적인 유체-구조 연게해석과 수렴률 증진을 효과적으로 수행하기 위하여 큰 인공감쇠를 가지는 Newmark 시간 적분 기법을 적용하였다. 수치 실험을 통해 탄성축 위치에 따른 구조 변형 효과가 케스케이드 성능에 미치는 영향을 파악하였다. 구조 변형 효과가 고려된 경우 일반적인 강체 블레이드모델에 대한 성능 예측 결과와 다소 차이가 유발될 수 있음을 보였으며 공력 탄성학적 영향을 확인하였다.

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공탄성 변형효과를 고려한 5MW급 풍력발전 블레이드의 피치각에 따른 성능해석 (Aerodynamic and Structural Design of 6kW Class Vertical-Axis Wind Turbine)

  • 김요한;김동현;황미현;김경희;황병선;홍은성
    • 한국유체기계학회 논문집
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    • 제14권3호
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    • pp.39-44
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    • 2011
  • In this study, performance analyses have been conducted for a 5MW class wind turbine blade model. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics(CFD) and computational structural dynamics(CSD) has been developed in order to investigate detailed dynamic responsed of wind turbine blade. Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations with K-${\epsilon}$ turbulence model are solved for unsteady flow problems of the rotating turbine blade model. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of the 3D turbine blade for fluid-structure interaction (FSI) problems. Predicted aerodynamic performance considering structural deformation effect of the blade show different results compared to the case of rigid blade model.