We formulate and study a finite element method for a linearized steady state, compressible, viscous Navier-Stokes equations in 2D, based on the discontinuous Galerkin method. Dislike the standard discontinuous galerkin method, we do not assume that the triangle sides be bounded away from the characteristic direction. the unique stability follows from the inf-sup condition established on the finite dimensional spaces for the (incompressible) Stokes problem. An error analysis having a jump discontinuity for pressure is shown.
Kim Jae Hyung;Jeong Mi Seon;Kim Heuy Dong;Park Kyung Am
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.143-146
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2002
Recently the micro flows have been received much attention in the applications with regard to Micro Electro Mechanical Systems(MEMS). Such flows are governed by relatively large viscous forces, compared with inetia force, and frequently specified by slip wall boundary conditions. In the present study, computations are applied to investigate the compressible viscous flows through an extremely small channel, and theoretical analyses are conducted using the Fanno flow theory. The axisymmetic, compressible, Wavier-Stokes equations are numerically solved by a fully implicit finite implicit method. The predicted results are validated with previous experimental data available. The results obtained show that for small Reynolds numbers, the viscous frictional force significantly influences the compressible micro channel flows.
This paper treats an adaptive finite-element method for the viscous compressible flow governed by Navier-Stokes equations in two dimensions. The numerical algorithm is the two-step Taylor-Galerkin mettled using unstructured triangular grids. To increase accuracy and stability, combined moving node method and grid refinement method have been used for grid adaption. Validation of the present algorithm has been made by comparing the present computational results with the existing experimental data and other numerical solutions. Four benchmark problems are solved for demonstration of the present numerical approach. They include a subsonic flow over a flat plate, the Carter flat plate problem, a laminar shock-boundary layer interaction. and finally a laminar flow around NACA0012 airfoil at zero angle of attack and free stream Mach number of 0.85. The results indicates that the present adaptive triangular grid method is accurate and useful for laminar viscous flow calculations.
A finite element scheme using the concept of PISO method has been developed to solve the Navier-Stokes viscous flows in all speed range. This scheme includes development of new pressure equation that retains both the hyperbolic term related with the density variation and the elliptic term reflecting the incompressibility constraint. The present method is applied to the incompressible two-dimensional driven cavity flow problems(Re=100, 400 and 1,000). For compressible flows, the Carter plate problem(M=3 and Re=1,000) is computed. Finally, we have simulated the shock-boundary layer interaction(M=2 and Re=2.96×10/sup 5/), a more difficult problem, and compared its results with the experiment to demonstrate the shock capturing capability of the present solution algorithm.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.10
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pp.1915-1927
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1992
A three-dimensional Navier-Stokes code has been developed for analysis of viscous flows through turbomachinery blade rows or other internal passages. The Navier-Stokes equations are written in a cartesian coordinate system, then mapped to a general body-fitted coordinate system. Streamwise viscous terms are neglected and turbulent effects are modeled using the baldwin-Lomax model. Equations are discretized using finite difference method on the stacked C-type grids and solved using LU-ADI decomposition scheme. calculations are made for a two-dimensional cascade in a transonic wind-tunnel to see the infuence of the endwalls. The flow pattern of the three-dimensional flow near the endwall is found to be different from that of the two-dimensional flow due to the existence of the endwalls.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.8
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pp.677-684
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2007
In the Present Study, a 3-D viscous flow solver, based on unstructured hybrid meshses containing tetrahedra, prisms and pyramids, has been developed. A finite-volume discretization scheme is used for solving the compressible Navier-Stokes equations. A cell-vertex median dual volume is used for spatial discretization. The one-equation Spalart-Allmaras turbulence model has been adopted to evaluate the eddy viscosity. Validation were made by computing laminar and turbulent flows around a 3-D wing for steady flows and turbulent flows around an oscillating 3-D wing in harmonic motion for unsteady flows.
An efficient Newton-GMRES algorithm is presented for computing two-dimensional steady compressible viscous flows on unstructured hybrid meshes. The scheme is designed on cell-centered finite volume method which accepts general polygonal meshes. Steady-state solution is obtained with pseudo-transient continuation strategy. The preconditioned, restarted general minimum residual(GMRES) method is employed in matrix-free form to solve the linear system arising at each Newton iteration. The incomplete LU fartorization is employed for the preconditioning of linear system. The Spalart-Allmars one equation turbulence model is fully coupled with the flow equations to simulate turbulence effect. The accuracy, efficiency and robustness of the presently developed method are demonstrated on various test problems including laminar and turbulent flows over flat plate and airfoils.
The compressible laminar and turbulent viscous flows on a slender body in supersonic speed as well as subsonic speed have been numerically simulated at high angle of attack. The steady and time-accurate compressible thin-layer Navier-Stokes code based on an implicit upwind-biased LU-SGS algorithm has been developed and specifically applied at angles of attack of 20, 30 and 40 dog, respectively. The modified eddy-viscosity turbulence model suggested by Degani and Schiff was used to simulate the case of turbulent flow. Any geometric asymmetry and numerical perturbation have not been intentionally or artificially imposed in the process of computation. The purely numerical results for laminar and turbulent cases, however, show clear asymmetric formation of vortices which were observed experimentally. Contrary to the subsonic results, the supersonic case shows the symmetric formation of vortices as indicated by the earlier experiments.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.4
no.4
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pp.59-69
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2000
A numerical analysis based on two-dimensional, incompressible and compressible Navier-Stokes equations was carried out for double circular arc compressor cascade and the results are compared with available experimental data. The incompressible code based on SIMPLE algorithm adopts pressure weighted method and hybrid scheme for the convective terms. The compressible code with preconditioning method involves a upwind-biased scheme for the convective terms and LU-SGS scheme for temporal integration. Several turbulence models are evaluated by computing the turbulent viscous flows; Baldwin-Lomax, standard $\kappa$ -$\varepsilon$, $\kappa$ -$\varepsilon$ Lam. Bremhorst, standard $\kappa$-$\omega$, $\kappa$ -$\omega$ SST model.
Secondary flows have a huge impact on losses generation in modern low pressure gas turbines (LPTs). At design point, the interaction of the blade profile with the end-wall boundary layer is responsible for up to 40% of total losses. Therefore, predicting accurately the end-wall flow field in a LPT is extremely important in the industrial design phase. Since the inlet boundary layer profile is one of the factors which most affects the evolution of secondary flows, the first main objective of the present work is to investigate the impact of two different inlet conditions on the end-wall flow field of the T106A, a well known LPT cascade. The first condition, labeled in the paper as C1, is represented by uniform conditions at the inlet plane and the second, C2, by a flow characterized by a defined inlet boundary layer profile. The code used for the simulations is based on the Discontinuous Galerkin (DG) formulation and solves the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations coupled with the Spalart Allmaras turbulence model. Secondly, this work aims at estimating the influence of viscosity and turbulence on the T106A end-wall flow field. In order to do so, RANS results are compared with those obtained from an inviscid simulation with a prescribed inlet total pressure profile, which mimics a boundary layer. A comparison between C1 and C2 results highlights an influence of secondary flows on the flow field up to a significant distance from the end-wall. In particular, the C2 end-wall flow field appears to be characterized by greater over turning and under turning angles and higher total pressure losses. Furthermore, the C2 simulated flow field shows good agreement with experimental and numerical data available in literature. The C2 and inviscid Euler computed flow fields, although globally comparable, present evident differences. The cascade passage simulated with inviscid flow is mainly dominated by a single large and homogeneous vortex structure, less stretched in the spanwise direction and closer to the end-wall than vortical structures computed by compressible flow simulation. It is reasonable, then, asserting that for the chosen test case a great part of the secondary flows details is strongly dependent on viscous phenomena and turbulence.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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