In this paper, non-reacting and reacting flowfields were computed using a preconditioned Navier-Stokes solver. The preconditioning technique of Merkle et al. and TVD scheme or Chakravarthy and Osher was employed and the results obtained using developed code have a good agreement with the previous results and experimental data. The preconditioned Wavier-Stokes equation set with low Reynolds number $\kappa-\epsilon$ equation and species continuity equations, are discretized with strongly implicit manner and time integrated with LU-SSOR scheme. For the purpose of treating unsteady problem the duel-time stepping scheme was employed. For the validation of the code in incompressible flow regime, steady driven square cavity flow was considered and calculation result shows reasonably good agreement with the result of incompressible code. Shock wave/boundary layer interaction problem was considered to show the shock capturing performance of preconditioned-TVD scheme. To validate unsteady flow, acoustic oscillation problem was calculated, and supersonic premix flame of $H_2$-air reaction problem which is calculated with turbulence model, 9-species/18-reaction step reaction model, shows reasonable agreement with the previous results. As a result, the preconditioning method has an advantage to calculate incompressible and compressible flow through one code and preconditioned solver easily developed from standard compressible code with minor efforts. But additional computational time and computer memory is required due to preconditioning matrix.
Hassanzadeh, A. Reza;Yaakob, Omar bin;Ahmed, Yasser M.;Ismail, M. Arif
Wind and Structures
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v.23
no.4
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pp.301-311
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2016
The numerous benefits of Savonius turbine such as simple in structure, has appropriate self-start ability, relatively low operating velocity, water acceptance from any direction and low environmental impact have generated interests among researchers. However, it suffers from a lower efficiency compared to other types of water turbine. To improve its performance, parameters such flow pattern, pressure and velocity in different conditions must be analyzed. For this purpose, a detailed description on the flow field of various types of Savonius rotors is required. This article presents a numerical study on a nonlinear two-dimensional flow over a classic Savonius type rotor and a Benesh type rotor. In this experiment, sliding mesh was used for solving the motion of the bucket. The unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes equations were solved for velocity and pressure coupling by using the SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure linked Equations) algorithm. Other than that, the turbulence model using $k-{\varepsilon}$ standard obtained good results. This simulation demonstrated the method of the flow field characteristics, the behavior of velocity vectors and pressure distribution contours in and around the areas of the bucket.
The present study deals with a mathematical model describing the dynamic response of heat and mass transfer in blood flow through bifurcated arteries under stenotic condition. The geometry of the bifurcated arterial segment possessing constrictions in both the parent and the daughter arterial lumen frequently appearing in the diseased arteries causing malfunction of the cardiovascular system, is formulated mathematically with the introduction of the suitable curvatures at the lateral junction and the flow divider. The blood flowing through the artery is treated to be Newtonian. The nonlinear unsteady flow phenomena is governed by the Navier-Stokes equations while those of heat and mass transfer are controlled by the heat conduction and the convection-diffusion equations respectively. All these equations together with the appropriate boundary conditions describing the present biomechanical problem following the radial coordinate transformation are solved numerically by adopting finite difference technique. The respective profiles of the flow field, the temperature and the concentration and their distributions as well are obtained. The influences of the stenosis, the arterial wall motion and the unsteady behaviour of the system in terms of the heat and mass transfer on the blood stream in the entire arterial segment are highlighted through several plots presented at the end of the paper in order to illustrate the applicability of the present model under study.
Khalil, Khalid;Khan, Huzafa;Chahar, Divyansh;Townsend, Jamie F.;Rana, Zeeshan A.
Wind and Structures
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v.34
no.6
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pp.483-497
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2022
Three-dimensional (3D) computational fluid dynamics (CFD) analysis of flow around a hipped-roof building representative of UK inland conditions are conducted. Unsteady simulations are performed using three variations of the k-ϵ RANS turbulence model namely, the Standard, Realizable, and RNG models, and their predictive capability is measured against current European building standards. External pressure coefficients and wind loading are found through the BS 6399-2:1997 standard (obsolete) and the current European standards (BS EN 1991-1-4:2005 and A1:20101). The current European standard provides a more conservative wind loading estimate compared to its predecessor and the k-ϵ RNG model falls within 15% of the value predicted by the current standard. Surface shear stream-traces and Q-criterion were used to analyze the flow physics for each model. The RNG model predicts immediate flow separation leading to the creation of vortical structures on the hipped-roof along with a larger separation region. It is observed that the Realizable model predicts the side vortex to be a result of both the horseshoe vortex and the flow deflected off it. These model-specific aerodynamic features present the most disparity between building standards at leeward roof locations. Finally, pedestrian comfort and safety criteria are studied where the k-ϵ Standard model predicts the most ideal pedestrian conditions and the Realizable model yields the most conservative levels.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.11
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pp.1168-1179
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2006
The validity of an unsteady two-dimensional(2-D) numerical hydrodynamic and pollutant dispersion model(2DNHPDM) was evaluated using the data obtained from I-sa streams in Sooncheon, Chonnam, during rain-fall run-off. Field observations was conducted for 35 hours during the 10 hours rainfall event on 7th May 2005. The water level, 2-D velocity, flow field, and COD at seven points selected along the river were measured at intervals of one hour. The model was applied to describe two-dimensional movement of dissolved pollutants in meandering non-uniform river. Major physical processes affecting the lateral and horizontal mixing of the river flow were simulated. The model was proved effective in describing the hydrodynamics and dispersion of the river pollutants from its major tributaries as well as non-point sources.
Manning's roughness coefficient for the Han River (from Paldang dam to Indo Bridge) is estimated by one-dimensional unsteady flow model, NETWORK. The entire river is divided into two regions, one region of Paldang dam to Kwangjang, and another region of Jamsu Bridge to Indo Bridge, and changes of the roughness coefficient according to changes in discharge are estimated using data of the past flood events. Estimated roughness coefficients are compared with previous results. Finally, the stage variation according to the variation of channel roughness is presented.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.4
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pp.200-205
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2013
In order to investigate the characteristics of unsteady flow in a mixed flow pump guide vane under the small flow conditions, several indicator points in a mixed flow pump guide vane was set, the three-dimensional unsteady turbulence numerical value of the mixed flow pump which is in the whole flow field will be calculated by means of the large eddy simulation (LES), sub-grid scale model and sliding mesh technology. The experimental results suggest that the large eddy simulation can estimate the positive slope characteristic of head & capacity curve. And the calculation results show that the pressure fluctuation coefficients of the middle section in guide vane inlet will decrease firstly and then increase. In guide vane outlet, the pressure fluctuation coefficients of section will be approximately axially symmetrical distribution. The pressure fluctuation minimum of section in guide vane inlet is above the middle location of the guide vane suction surface, and the pressure fluctuation minimum of section in which located the middle and outlet of guide vane. When it is under the small flow operating condition, the eddy scale of guide vane is larger, and the pressure fluctuation of the channel in guide vane being cyclical fluctuations obviously which leads to the area of eddy expanding to the whole channel from the suction side. The middle of the guide vane suction surface of the minimum amplitude pressure fluctuation to which the vortex core of eddy scale whose direction of fluid's rotation is the same to impeller in the guide vane adhere.
A cross-flow fan is generally used on the region within the low static pressure difference and the high flow rate. It relatively makes high dynamic pressure at low rotating speed because a working fluid passes through an impeller blade twice and blades have a forward curved shape. At off-design points, there are a rapid pressure head reduction, a noise increase and an unsteady flow. Those phenomena are remarkably influenced by the setting angle of a stabilizer. Therefore, it should be considered how the setting angle of a stabilizer affects on the performance and the flow fields of a cross-flow fan. It is also required to investigate the effect of the volumetric flow rate before occurring stall. Two-dimensional, unsteady governing equations are solved using a commercial code, STAR-CD, which uses FVM. PISO algorithm, sliding grid system and standard k - ε turbulence model are also adopted. Pressure and velocity profiles with various setting angles are graphically depicted. Furthermore, the meridional velocity profiles around the impeller are plotted with different flow rates for a given rotating speed.
A numerical model to analyze the unsteady flow in water distribution system was developed by using wave adjustment method. When analyzing the unsteady flow in the real water distribution system, the computational procedures are very complex due to the various boundary condition. Wave adjustment method, which can solve the boundary condition more simply and accurately, was introduced to overcome this difficulty and related equations to solve external flow directly were presented. Using these equations, the numerical model was developed to analyze water hammer. The suggested model was applied to a hypothetical distribution system and a real system with 26 pipes with various external flow boundary condition to evaluate the applicability of the developed model. The simulation results by this model agree with those by Karney's analysis in terms of discharge and pressure.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.8
no.3
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pp.155-168
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2015
No-load speed is an important performance factor for the safe operation of hydropower systems. In turbine design, the manufacturers must conduct several model tests to calculate the accurate value of no-load speed for the complete range of operating conditions, which are expensive and time-consuming. The present study presents steady and unsteady methods for calculating no-load speed of a Francis turbine. The steady simulations are implemented using a commercial flow solver and an iterative algorithm that relies on a smooth relation between turbine torque and speed factor. The unsteady method uses unsteady RANS simulations that have been integrated with a user subroutine to compute and return the value of runner speed, time step and friction torque. The main goal of this research is to evaluate and compare the two methods by calculating turbine dynamic parameters for three test cases consisting of high and medium head Francis turbines. Overall, the numerical results agreed well with experimental data. The unsteady method provided more accurate results in the opening angle range from 20 to 26 degrees. Nevertheless, the steady results showed more consistency than unsteady results for the three different test cases at different operating conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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