In this paper, a new computational code was developed using Chorin's artificial compressibility method to solve the two-dimensional incompressible Navier-Stokes equations. In spatial derivatives, Roe's flux difference splitting was used for the inviscid flux, while central differencing was used for the viscous flux. Furthermore, AF-ADI with dual time stepping method was implemented for accurate unsteady computations. Two-equation turbulence models, Menter's $k-{\omega}$ SST model and Coakley's $q-{\omega}$ model, hae been adopted to solve high-Reynolds number flows. A number of numerical simulations were carried out for steady laminar and turbulent flow problems as well as unsteady flow problem. The code was verified and validated by comparing the results with other computational results and experimental results. The results of numerical simulations showed that the present developed code with the artificial compressibility method can be applied to slve steady and unsteady incompressible flows.
Detached Eddy Simulation (DES) is applied to an axisymmetric base flow at supersonic mainstream. DES is a hybrid approach to modeling turbulence that combines the best features of the Reynolds-averaged Navier-Stokes RANS) and large-eddy simulation (LES) approaches. In the Reynolds-averaged mode, the model is currently based on either the Spalart-Allmaras (S-A) turbulence model. In the large eddy simulation mode, it is based on the Smagorinski subgrid scale model. Accurate predictions of the base flowfield and base pressure are successfully achieved by using the DES methodology with less computational cost than that of pure LES and monotone integrated large-eddy simulation (MILES) approaches. The DES accurately resolves the physics of unsteady turbulent motions, such as shear layer rollup, large-eddy motions in the downstream region, small-eddy motions inside the recirculating region. Comparison of the results shows that it is necessary to resolve approaching boundary layers and free shear-layer velocity profiles from the base edge correctly for the accurate prediction of base flows. The consideration of an empirical constant CDES for a compressible flow analysis may suggest that the optimal value of empirical constant CDES may be larger in the flows with strong compressibility than in incompressible flows.
Detached Eddy Simulation (DES) is applied to an axisymmetric base flow at supersonic mainstream. DES is a hybrid approach to modeling turbulence that combines the best features of the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) and large-eddy simulation (LES) approaches. In the Reynolds-averaged mode, the model is currently based on either the Spalart-Allmaras (S-A) turbulence model. In the large eddy simulation mode, it is based on the Smagorinski subgrid scale model. Accurate predictions of the base flowfield and base pressure are successfully achieved by using the DES methodology with less computational cost than that of pure LES and monotone integrated large-eddy simulation (MILES) approaches. The DES accurately resolves the physics of unsteady turbulent motions, such as shear layer rollup, large-eddy motions in the downstream region, small-eddy motions inside the recirculating region. Comparison of the results shows that it is necessary to resolve approaching boundary layers and free shear-layer velocity profiles from the base edge correctly for the accurate prediction of base flows. The consideration of an empirical constant CDES for a compressible flow analysis may suggest that the optimal value of empirical constant CDES may be larger in the flows with strong compressibility than in incompressible flows.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.25
no.3
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pp.182-188
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2016
This study investigates cavity flows through a guide grill above a resonator. Vortex distributions and intake flows are simulated for various shapes of the guide grill. The flows are assumed to be compressible, unsteady, and turbulent. Numerical simulations are conducted using a large eddy simulation (LES) model. To analyze the effect of the guide grill shape, three cavity lengths (0.2H, 0.6H, and 1.0H) and cavity angles ($30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$) are considered based on resonator height (H). The results show that the vortex generated in the resonator by cavity flow increases with cavity length. Thus, the intake flow is minimum at the smallest cavity length and angle. However, when cavity length is equal to resonator height, the intake flow decreases. The maximum intake flow occurs at a cavity angle $45^{\circ}$ at higher cavity lengths owing to the interaction between the vortex in the resonator and intake flow.
The effects of interaction between partially premixed and premixed swirl flames on CO and NOx emissions were experimentally investigated using a hybrid/dual swirl jet combustor for a micro-gas turbine. Under the condition of constant angle ($45^{\circ}$) for outer swirl vane, the angle and direction of inner swirl vane installed for a partially premixed flame were varied as main parameters with a constant fuel flow rate for each nozzle. It was found that for all conditions, CO and NOx emissions were measured below 4 ppm and 15 ppm at 15% $O_2$, respectively, in a wide range of equivalence ratio (0.6~0.9). For co-swirl flows, CO emission increased dramatically as the angle of inner swirl vane increased from $15^{\circ}$ to $45^{\circ}$ near lean-flammability limit (i.e. equivalence ratio of 0.5). On the other hand, the case of swirl $angle=45^{\circ}$ provided the lowest NOx emission at higher equivalence ratios than 0.6. For counter-swirl flows, the case of swirl $angle=45^{\circ}$ extended the lean-flammability limit but higher NOx emissions were found compared to those of co-swirl flows. These results could be inferred by interaction between (inner) partially premixed and (outer) premixed swirl flames. However, these estimations were not clear yet because there was insufficient data on turbulent flow structure and fuel-air mixing in the present experimental approach.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.11
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pp.1289-1301
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2004
Direct numerical simulation (DNS) of strongly-heated air flows moving upward in a vertical tube has been conducted to investigate the effect of gas property variations on turbulence modification. Three heating conditions(q$_1$$^{+}$=0.0045, 0.0035 and 0.0018) are selected to reflect the experiment of Shehata and McEligot (1998) at the inlet bulk Reynolds numbers of 4300 and 6000. At these conditions, the flow inside the heated tube remains turbululent or undergoes a transition to subturbulent or laminarizing flow. Consequently, a significant impairment of heat transfer occurs due to the reduction of flow turbulence. The predictions of integral parameters and mean profiles such as velocity and temperature distributions are in excellent agreement with the experiment. The computed turbulence data indicate that a reduction of flow turbulence occurs mainly due to strong flow acceleration effects for strongly-heated internal gas flows. Thus, buoyancy influences are secondary but not negligible especially for turbulent flow at low heating condition. Digital flow visualization also shows that vortical structures rapidly decay as the heating increases.s.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.15-25
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2004
This paper outlines a new convergence acceleration de-signed to solve scramjet flowfields with zones of re-circulation. Named the “marching-window”, the algorithm consists of performing pseudo-time iterations on a minimal width subdomain composed of a sequence of cross-stream planes of nodes. The upstream boundary of the subdomain is positioned such that all nodes upstream exhibit a residual smaller than the user-specified convergence threshold. The advancement of the downstream boundary follows the advancement of the upstream boundary, except in zones of significant streamwise ellipticity where a streamwise ellipticity sensor ensures its continuous progress. Compared to the standard pseudo-time marching approach, the march-ing-window is here seen to decrease the work required for convergence by up to 24 times for supersonic flows with little streamwise ellipticity and by up to 8 times for supersonic flows with large streamwise separated regions. The memory requirements are observed to be reduced sixfold by not allocating memory to the nodes not included in the computational subdomain. The marching-window satisfies the same convergence criterion as the standard pseudo-time stepping methods, hence resulting in the same converged solution within the tolerance of the user-specified convergence threshold. The extension of the marching-window to the weakly-ionized Navier-Stokes equations is also discussed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.2
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pp.73-83
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2021
In this study, the numerical investigation of the flow around the SUBOFF submarine model is performed by using the Detached Eddy Simulation (DES) method which is developed based on the SST k-ω turbulence model. At the DES analysis level, complex vortical flows around the submarine model are caused mainly by the vortices due to the appendages and their interactions with the flows from the hull boundary layer and other appendages. The complexity and scale of the vortical flow obtained from the numerical simulations are highly dependent on the grid. The computed local flow properties of the submarine model are compared with the available experimental data showing a good agreement. The DES analysis more reasonably estimates the physical phenomena inherent in the experimental result in a low radius of the propeller plane where vortical flows smaller than the RANS scale are dominant.
이 글에서는 상대측정방법의 예로서 열선 유속계, 절대측정방법의 예로서 레이저 도플러 유속계, 가시화기법에 대한 전반적인 설명을 통하여 난류측정에 대한 이해를 돕고자 한다. 열선유속계와 레이저도플러유속계는 응답특성이 난류측정에 적합한 측정기술로서 입증되어 있지만, 가시화 기법에 의한 난류측정은 3차원 유동장을 동시에 처리할 수 있는 장점에도 불구하고 영상처리에 많은 시간이 필요하므로 아직까지 계속적인 연구가 이루어지고 있다.
Parametric studies are performed of the factors influencing the afterbody drag. To display the effect of differing afterbody shapes, several ogive boattails with combinations of the base area and the angle of boattail end are computed using axisymmetric Navier-Stokes equations with central differencing and a DADI scheme. And Chien's $\kappa-\epsilon$ model is employed used for computations of turbulent flows around the base region. The effects of base area, boattail angle and jet on/off are illustrated on afterbody drag at transonic speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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