Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.10
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pp.1409-1416
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2000
In this study, turbulent flows in a planar combustor which has a square rib-type flame holder are numerically investigated by Large Eddy Simulation(LES). Firstly, the flow fields with or without jet injection downstream of the flame-holder are examined using uniform inlet velocity. Comparison of the present LES results with experimental one shows a good agreement. Secondly, to investigate mixing of oxidizer(air) and fuel injected behind the flame holder, the scalar-transport equation is introduced and solved. From the instantaneous flow and scalar fields, complex and intense mixing phenomena between fuel and jet are observed. It is shown that the ratio of jet to blocked air velocity is an important factor to determine the flow structure. Especially, when the ratio is large enough, the fuel jet penetrates the main vortices shed from the flame holder, resulting in significant changes in the flow and scalar fields.
The characteristics of turbulent flow and mixing in a small can type combustor are investigated by means of Large Eddy Simulation (LES). Attention is paid for a combustor having a baffle plate with oxidant injection and fuel injection holes and study is made for three cases of different baffle plate configurations. From the result, it is confirmed that mixing is promoted by interaction between the jets during their developing process and large vortical flows generated in the vicinity of the combustor wall or fuel jet front. This particular flow feature is effective to accelerate the slow mixing between fuel and oxidant suffering from low Reynolds number condition in such a small combustor. In particular, the vortical flow region ahead of fuel jet plays an important role for rapid mixing. Discussion is made for the time and space averaged turbulent flow and scalar quantities which show peculiar characteristics corresponding to different vortical flow structures for each baffle plate shapes.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.05a
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pp.190-193
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2010
The turbulent mixing and combustion of a shear coaxial injector under supercritical pressures have been theoretically/numerically investigated. Turbulent numerical model is based on large eddy simulation with real-fluid transport and thermodynamics over the entire pressure; Soave modification of Redlich-Kwong equation of state, Chung's model for viscosity/conductivity, and Fuller's theorem for diffusivity to take account Takahashi's compressible effect. The results are compared with previous researcher's. The large-scale vortices shedding from the outer rim into the recirculation region to react with gaseous oxygen was investigated.
Downbursts are acknowledged for being a major loading hazard for horizontally-extending structures like transmission line systems. With these structures being inherently flexible, it is important to characterize the turbulence associated with the wind flow of downburst events being essential to quantify dynamic excitations on structures. Accordingly, the current study numerically characterizes the downburst wind field of open terrain simulated at the Wind Engineering, Energy and Environment (WindEEE) dome testing facility at The University of Western Ontario in Canada through a high-resolution large eddy simulation (LES). The study validates the numerical simulation considering both the mean and the turbulent components of the flow. It then provides a detailed visual description of the flow at WindEEE through the capabilities enabled by LES to identify the key factors affecting the flow. The study also presents the spatial distribution of turbulence intensities and length scales computed from the numerical model and compares them with previous values reported in the literature. The comparison shows the ability of the downburst simulated at WindEEE to reproduce turbulence characteristics similar to those reported from field measurements. The study also indicates that downburst turbulence is well-correlated circumferentially which imposes high correlated loads on horizontally-distributed structures such as transmission lines.
It is necessary for the numerical simulation of 3-dimensional incompressible isotropic decaying turbulence to construct 3-dimensional initial velocity field which resembles the fully developed turbulence. Although the previous velocity field generation method proposed by Rogallo(1981) satisfies continuity equation and 3-dimensional energy spectrum, it has limitation, as indicated in his paper, that it does not produce the higher velocity moments(e. g. velocity derivative skewness) characteristic of real turbulence. In this study, a new velocity field generation method which is able to control velocity derivative skewness of initial velocity field is proposed. Brief descriptions of the new method and a few parameters which is used to control velocity derivative skewness are given. A large eddy simulation(LES) of isotropic decaying turbulence using dynamic subgrid-scale model is carried out to evaluate the performance of the initial velocity field generated by the new method. It was shown that the resolved turbulent kinetic energy decay curve and the resolved enstrophy decay curve from the initial field of new method were more realistic than those from the initial field of Rogallo's method. It was found that the dynamic model coefficient from the former was initially half the stationary value and experienced relatively short transition period, though that from the latter was initially zero and experienced relatively longer transition period.
Numerical methods are applied to simulate the smoke behavior in a ventilated tunnel using large eddy simulation (LES) which is incorporated in FDS (Fire Dynamics Simulator) with proper combustion and radiation model. In this study, present numerical results are compared with data obtained from experiments on pool fires in a ventilated tunnel. The model tunnel is $182m(L){\times}5.4m(W){\times}2.4m(H)$. Two fire scenarios with different ventilation rates are considered with two different fire strengths. The present results are analyzed with those from LES without combustion and radiation model and from RANS ($\kappa-\epsilon$) model as well. Temperature distributions caused by fire in tunnel are compared with each other. It is found that thermal stratification and smoke back-layer can be predicted by FDS and the temperature predictions by FDS show better results than LES without combustion and radiation model. The FDS solver, however, failed to predict correct flow pattern when the high ventilation rate is considered in tunnel because of the defects in the tunnel-inlet turbulence and the near-wall turbulence.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.7
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pp.1030-1040
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1998
One of the main unresolved issues in large-eddy simulation(LES) of wall-bounded turbulent flows is the requirement of high spatial resolution in the near-wall region, especially in the spanwise direction. Such high resolution required in the near-wall region is generally used throughout the computational domain, making simulations of high Reynolds number, complex-geometry flows prohibitive. A grid-embedding strategy using a nonconforming spectral domain-decomposition method is proposed to address this limitation. This method provides an efficient way of clustering grid points in the near-wall region with spectral accuracy. LES of transitional and turbulent channel flow has been performed to evaluate the proposed grid-embedding technique. The computational domain is divided into three subdomains to resolve the near-wall regions in the spanwise direction. Spectral patching collocation methods are used for the grid-embedding and appropriate conditions are suggested for the interface matching. Results of LES using the grid-embedding strategy are promising compared to LES of global spectral method and direct numerical simulation. Overall, the results show that the spectral domain-decomposition grid-embedding technique provides an efficient method for resolving the near-wall region in LES of complex flows of engineering interest, allowing significant savings in the computational CPU and memory.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.4
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pp.1-8
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2004
As a computer has been continuously progressed to reduce R&D time and cost, the study of the flow physics has been significantly relied on the numerical method. Recently, Large Eddy Simulation(LES) has been widely used in CFD community to accurately capture the turbulent flows. The LES code requires high accuracy in time, as well as in space. Also, it should have strong robustness to ensure the convergence in various complicated flows. The objective of the present work is to develop a base code for LES simulation, having 2$^{nd}$ order accuracy in time and 4$^{th}$ order accuracy in space. To achieve the present objective, the four-step fractional step method was enhanced by adopting compact Pade'scheme. The standard Smagorinsky model was implemented for the first stage of the present code development. The flows over a cylinder and an airfoil were successfully simulated. and an airfoil were successfully simulated.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2015.05a
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pp.386-386
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2015
담수가 해수에서 흘러드는 하구에서는 성층이 관측되며 이것은 난류의 미세구조를 변화시키는 주요 원인으로 작용한다. 이러한 성층화 현상은 하구 내 부유사의 군집인 하구 최대혼탁수(Estuarine Turbidity Maximum, ETM)의 형성에 영향을 주게 된다. 본 연구는 성층의 하구 최대 혼탁수 생성 메커니즘에 관심을 두고 수치모델링을 활용한 미세 난류의 부유사 거동 분석에 초점을 두었다. 성층과 전단응력 사이의 난류 혼합을 대표하는 유동인 켈빈-헬름홀츠 불안정성(Kelvin-Helmholtz Instability)을 도입하고 성층 경계면 근처에서 부유사의 이송을 높은 레이놀즈수(Reynolds number) 유동에서 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes Simulation)보다 다양한 규모의 에너지 획득이 가능하여 미세 난류 구조 재현에 장점을 갖는 Large-eddy Simulation(LES)를 활용하여 모사하였다. 여기에서, 부유사는 주위 유동의 물리적 특성 변화에 영향을 미치지 않는 Passive scalar로 가정하였으며 $6^{th}$-order Lagrangian 다항식 보간법을 적용하여 입자의 이동 속도를 계산하고 이를 시간에 대해 적분함으로써 이동 궤적을 추적하였다. 수치 모델 결과 Lock-exchange 유동 내에서 켈빈-헬름홀츠 불안정성이 발생함에 따라 경계면 주위에 위치한 부유사가 billow 내에서 트랩핑(trapping)되는 것을 보여주어 KH-billow 혹은 braids 내의 미세 난류에 의한 영향이 확인되었다. 본 연구에서는 LES를 활용하여 성층류 및 성층류 내의 부유사 혼합을 모사하여 난류의 정도에 따른 이동 궤적의 차이에 대해서 분석함으로써 성층의 난류 강도 저하에 따른 부유사의 군집으로의 영향에 대해 서술한다.
In this paper, the Finite-Analytic Navier-Stokes (FANS) code is coupled with an in-house finite-element code to study the dynamic interaction between a floating buoy and its mooring system. Hydrodynamic loads on the buoy are predicted with the FANS module, in which Large Eddy Simulation (LES) is used as the turbulence model. The mooring lines are modeled based on a slender body theory. Their dynamic responses are simulated with a nonlinear finite element module, MOORING3D. The two modules are coupled by transferring the forces and displacements of the buoy and its mooring system at their connections through an interface module. A free-decay model test was used to calibrate the coupled method. In addition, to investigate the capability of the present coupled method, numerical simulations of two degree-of-freedom vortex-induced motion of a CALM buoy in uniform currents were performed. With the study it can be verified that accurate predictions of the motion responses and tension responses of the CALM buoy system can be made with the coupling CFD-FEM method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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