This article presents a study of the largest-ever (height = 220 m) cooling tower using the large eddy simulation (LES) method. Information about fluid fields around the tower and 3D aerodynamic time history in full construction process were obtained, and the wind pressure distribution along the entire tower predicted by the developed model was compared with standard curves and measured curves to validate the effectiveness of the simulating method. Based on that, average wind pressure distribution and characteristics of fluid fields in the construction process of ultra-large cooling tower were investigated. The characteristics of fluid fields in full construction process and their working principles were investigated based on wind speeds and vorticities under different construction conditions. Then, time domain characteristics of ultra-large cooling towers in full construction process, including fluctuating wind loads, extreme wind loads, lift and drag coefficients, and relationship of measuring points, were studied and fitting formula of extreme wind load as a function of height was developed based on the nonlinear least square method. Additionally, the frequency domain characteristics of wind loads on the constructing tower, including wind pressure power spectrum at typical measuring points, lift and drag power spectrum, circumferential correlations between typical measuring points, and vertical correlations of lift coefficient and drag coefficient, were analyzed. The results revealed that the random characteristics of fluctuating wind loads, as well as corresponding extreme wind pressure and power spectra curves, varied significantly and in real time with the height of the constructing tower. This study provides references for design of wind loads during construction period of ultra-large cooling towers.
A two-dimensional backward facing step flow is simulated by using URANS and Detached Eddy Simulations(DES) approaches. Turbulence models adopted for URANS and DES simulations are Spalart-Allmaras(S-A) model and Shear Stress Transport(SST) model. The target flow with ER=1.125, $Re_H=37,500$ is experimentally studied by Driver & Seegmiller. Various versions of DES have been tested in this paper. Results of the simulations are compared with the experimental data available to evaluate the merits and demerits of URANS and several versions of DES. URANS simulation converges to a steady state and hence unsteady characteristics are not featured. DES simulations in general successfully mimic large scale structures and oscillation characteristics of the flow.
A stabilized incompressible smoothed particles hydrodynamics (ISPH) method is utilized to simulate free falling rigid body into water domain. Both of rigid body and fluid domain are modeled by SPH formulation. The proposed source term in the pressure Poisson equation contains two terms; divergence of velocity and density invariance. The density invariance term is multiplied by a relaxed parameter for stabilization. In addition, large eddy simulation with Smagorinsky model has been introduced to include the eddy viscosity effect. The improved method is applied to simulate both of free falling vessels with different materials and water entry-exit of horizontal circular cylinder. The applicability and efficiency of improved method is tested by the comparisons with reference experimental results.
수중구조물에 의한 파랑의 변형을 예측하기 위해 3차원 수치모형을 도입하여 수치모형 실험을 수행하였다. 본 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 유한차분법을 이용하여 계산하는 동수압 모형으로서, 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(Spatially Averaged Navier-Stokes) 방정식의 해를 구하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형이다. 엇갈림 격자체계에서 유한차분법을 사용하여 지배방정식을 해석하는 모형으로서 수치기법으로 Two Step projection 기법을 사용하여 SANS 방정식을 계산하였으며, Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식의 해를 구하고 압력장을 계산하였다. 또한, 자유수면의 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 먼저 선형파를 일정 수심상에서 조파시켜 해석해와 비교한 후 수중구조물이 설치된 지형에 적용하여 파랑의 변형을 수치모의하여 수리모형 실험 결과와 비교 및 분석하였다.
Currently, Stream flow analysis has been accomplished by one or two dimensional equations and was applied by simple momentum equations and fixed energy conservations which contain many reach uppermost limit. In this study, FLOW-3D using CFD(Computational Fluid Dynamics) was applied to stream flow analysis which can solve three dimensional RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes Equation) control equation to find out physical behavior and the effect of hydraulic structures. Numerical simulation accomplished those results was compared by using turbulence models such as $k-\varepsilon$, RNG(Renomalized Group Theory) $k-\varepsilon$ and LES(Large Eddy Simulation). Numerical analysis results have been illustrated by the turbulence energy effects, velocity of flow, water level pressure and eddy flows around the side overflow type structures at Jangwall bridge in urban stream.
The unsteady flow field disturbance between the blades and tower is one of the primary factors affecting the aerodynamic performance of wind turbine. Based on the research object of a 3MW horizontal axis wind turbine which was developed independently by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, numerical simulation on the aerodynamic performance of wind turbine system in halt state with blades in different position was conducted using large eddy simulation (LES) method. Based on the 3D unsteady numerical simulation results in a total of eight conditions (determined by the relative position with the tower during the complete rotation process of the blade), the characteristics of wind pressure distributions of the wind turbine system and action mechanism of surrounding flow field were analysed. The effect of different position of blades on the aerodynamic performance of wind turbine in halt state as well as the disturbance effect was evaluated. Results of the study showed that the halt position of blades had significant effect on the wind pressure distribution of the wind turbine system as well as the characteristics of flow around. Relevant conclusions from this study provided reference for the wind-resistant design of large scale wind turbine system in different halt states.
Lee, Seungbae;Jang, Sung-Wook;Chul H. Jo;Hong, Sung-Guen
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.15
no.4
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pp.500-509
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2001
Offshore subsea pipelines must be stable against external loadings, which are mostly due to waves and currents. To determine the stability of a subsea pipeline on the seabed, the Morrison equation has been applied with prediction of inertia and drag forces. When the pipeline is placed in a trench, the force acting on it is reduced considerably. Therefore, to consider the stability of a pipeline in a trench, one must employ reduction factors. To investigate the stability of various trenches, we numerically simulated flows over various trenches and compared them with experimental data from PIV (Particle Image Velocimetry) measurements. The present results were produced ar Reynolds numbers ranging from 6$\times$10$^3$to 3$\times$10(sub)5 based on the diameter of the cylinder. Quasi-periodic flow patterns computed by large-eddy simulation were compared with experimental data in terms of mean flow characteristics fro typical trench configurations (W/H=1 and H/D=3, 4). The stability for various trench conditions was addressed in terms of mean amplitudes of oscillating lift and drag, and the reduction factor for each case was suggested for pipeline design.
The impacts of equivalence ratio on the flow structure and flame dynamics in a model gas turbine combustor are investigated using large eddy simulation(LES). Dynamic k-equation model and G-equation flamelet model are employed as LES subgrid model for flow and combustion, respectively. As a result of mean flow field for each equivalence ratio, the increase of equivalence ratio brings about the decrease of swirl intensity through the modification of thermal effect and viscosity, although the same swirl intensity is imposed at inlet. The changes of vortical structure and turbulent intensity etc. near flame surface are occurred consequently. That is, the decrease of equivalence ratio can leads to the increase of heat release fluctuation by the more increased turbulent intensity and fluctuation of recirculation flow. In addition, the effect of inner vortex generated from vortex breakdown on the heat release fluctuation is increased gradually with the decrease of equivalence ratio. Finally, it can be identified that the variations of vortical structure play an important role in combustion instability, even though the small change of equivalence ratio is occurred.
In this paper, a stabilized large eddy simulation technique is developed to predict turbulent flow with high Reynolds number. Streamline Upwind Petrov-Galerkin (SUPG) stabilized method and three-step technique are both implemented for the finite element formulation of Smagorinsky sub-grid scale (SGS) model. Temporal discretization is performed using three-step technique with viscous term treated implicitly. And the pressure is computed from Poisson equation derived from the incompressible condition. Then two numerical examples of turbulent flow with high Reynolds number are discussed. One is lid driven flow at Re = $10^5$ in a triangular cavity, the other is turbulent flow past a square cylinder at Re = 22000. Results show that the present technique can effectively suppress the instabilities of turbulent flow caused by traditional FEM and well predict the unsteady flow even with coarse mesh.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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