A CFD(Computational Fluid Dynamics) analysis is presented to predict hydrodynamic characteristics of a marine propeller. A commercial RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes equation) solver, namely FLUENT, is utilized in conjunction with fully unstructured meshes around rotating propeller. Mesh generation process is greatly accelerated by using fully unstructured meshes composed of both isotropic and anisotropic tetrahedral elements. The anisotropic tetrahedral elements were used in the flow domain near the blade and shaft, where the viscous effect is important, having complex shape yet resolving the thin boundary layers. For other regions, isotropic tetrahedral elements are utilized. Two different approaches simulating rotational effect of the propeller are employed, namely Moving reference frame technique for steady simulation, and Sliding mesh technique for unsteady simulation. Both approaches are applied to the propeller open water (POW) test simulation. The current results, which are thrust and torque coefficients, are compared with available experimental data.
검증된 프로그램을 통하여 수축 팽창 운동에 대한 해석을 수행하였으며, 해석 결과 레이놀즈수가 작아지게($R_n{\fallingdotseq}1$) 되면 점성력을 이용한 추진이 효과적일 것으로 나타났고, 계산 결과를 꼭지점법과 비교하였다. 본 연구를 통하여 극도로 점성이 큰 지역에서 통상의 추진기로 추진이 불가능한 곳에서도 추진할 수 있는 새로운 추진 시스템을 제안하였으며, 이 시스템은 micro-hydro-machine의 추진 장치로 활용될 수 있으리라 기대된다.
As the first step to investigate the nonlinear interactions between turbulence and marine structures inside a viscous NWT, a LES technique was applied to the turbulent channel flow for $Re_{T}=150$, in this paper. The employed models were 4 types, such as the Smagorinsky model, the Dynamic SGS model, the Structure Function model and the Generalized Normal Stress model. The simulated data in time-series for the LESs were averaged in both time and space and performed statistical analysis. And results of the LESs were compared with those of a DNS developed in the present study and two spectral methods by Yoon et al.(2003) & Kim et al.(1987). It seems to be quite difficult to evaluate their performances to the present problem, but is seen that the accuracy of LESs are still related to the number of grids(or fine grid size).
Because of their longer operating times and larger size relative to conventional fans, the cooling fans mounted in buses consume larger amounts of energy. Most of the cooling fans mounted in a bus are connected to the engine by a viscous clutch. A viscous cooling fan's speed is determined by its fluid temperature, which is affected by the air flow through the radiator. The fan does not react immediately to the coolant temperature and in doing so causes unnecessary energy consumption. Therefore, the fuel economy of buses using viscous fans can be improved by changing to an electric cooling fan design, which can be actively controlled. In addition, electric power consumption is increased by using electric cooling fans. Thus, when electric fans are applied in conjunction with the alternator management system (AMS), the fuel economy is further enhanced. In this study, simulations were performed to predict coolant temperature and cooling fan speeds. Simulations were performed for both viscous and electric cooling fans, and power consumption was calculated. Additionally, fuel economy was calculated applying both the alternator management system and the electric cooling fan.
The flow field around a high-speed train including cross-wind effects has been simulated. This study solves 3-D unsteady incompressible Navier-Stokes equations in the inertial frame using the iterative time marching scheme. The governing equations are differenced with 1st-order accurate backward difference scheme for the time derivatives, 3th-order accurate QUICK scheme for the convective terms and 2nd-order accurate central difference scheme for the viscous terms. The Marker-and-Cell concept was applied to efficiently solve continuity equation, which is differenced with 2nd-order accurate central difference scheme. The 4th-order artificial damping is added to the continuity equation for numerical stability. A C-H type of elliptic grid system is generated around a high-speed train including ground. The Baldwin-Lomax turbulent model was implemented to simulate the turbulent flows. To validate the present procedure, the flow around a high speed train at constant yaw angle of $45^{\circ}\;and\;90^{\circ}$ has been simulated. The simulation shows 3-D vortex generation in the lee corner. The flow separation is also observed around the rear of the train. It has concluded that the results of present study properly agree with physical flow phenomena.
The Flow patterns around two cylinders in various arrangements were studied by a discrete vortex method. The flow for the surface of each cylinder was represented by arranging bound vortices at adequate intervals. The viscous diffusion of fluid was represented by the random walk method. The vortex distributions, streaklines, timelines and velocity vectors around two cylinders were calculated for centre-to-centre pitch ratios of $P/D=1.5 and 2.5$, attack angles of ${\alpha}=0^{\circ},\;30^{\circ},\;60^{\circ}\;and\;90^{\circ}$, and Reynolds number of Re=1200. The results of simulation correspond to the photographs by flow visualization and the flow intereference between two cylinders in various arrangements was clearly visualized by a numerical simulation.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제27권3호
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pp.365-372
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2003
The Flow patterns around two cylinders in various arrangements were studied by a discrete vortex method. The flow for the surface of each cylinder was represented by arranging bound vortices at adequate intervals. The viscous diffusion of fluid was represented by the random walk method. The vortex distributions. streaklines. timelines and velocity vectors around two cylinders were calculated for centre-to-centre pitch ratios of P/D=1.5 and 2.5, attack ang1es of $a=0^{circ}, 30^{circ}, 60^{circ} and 90^{\circ}$. and Reynolds number of Re= 1200. The results of simulation correspond to the photographs by flow visualization and the flow intereference between two cylinders in various arrangements were clearly visualized by a numerical simulation.
In order to improve the efficiency of hydraulic gear pumps or motors especially for high operating pressure, power losses due to viscous friction and leak flow through gear teeth end-gaps are considered in this paper. Optimal gaps minimizing the power loss for pumps and motors with uniform heights of gaps are analysed first. And the effect of the shapes of gaps with unequal heights on the power loss are studied and discussed by simulation. Considering that the outer shell lacing gear teeth may expand due to high internal pressure or thermal stress, the results drawn in this paper can be used for the design of high efficiency pumps and motors.
자유표면하에 잠긴 복잡한 3차원 물체 주위의 흐름을 해소하기 위한 수치계산법이 TUMMAC(Tokyo Univ. Modified Marker And Cell)법을 기초로 하여 개발되었다. 임의물체의 no-slip 3차원 물체표면조건을 보다 간단히 처리하기 위하여 "porosity"라는 개념이 도입되었으며, 담수성에 잠겨 있는 해저돌출물 주위의 유동을 계산하여 그 응용성을 검토하였다. 돌출물 후방의 복잡한 와동들의 상호간섭이 잘 시뮬레이션 되었다.시뮬레이션 되었다.
We report in this paper the analysis of the motion of a needle and a spring in a viscous fluid under the influence of gravitational force. Lateral shift as well as vertical motion of a needle falling in a viscous fluid has been observed from a simple experiment. We also observed the combined rotation and translation of a falling spring. The trajectory and velocity of the falling needle and the spring were obtained by using an image processing technique. We also conducted numerical simulation for both problems. For the falling-needle problem, we employed a theory; but it turns out that significant correction is required for the solutions to match the numerical and experimental data. For the falling spring problem various theoretical formula were tested for their justification, but none of the existing theories can successfully predict the numerical and experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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