A large eddy simulation method with unstructured mesh is presented. Two explicit filtering procedures are adopted for reducing the aliasing error of the nonlinear convective term and measuring the level of subgrid scale velocity fluctuation, respectively. The developed subgrid scale model is basically an eddy viscosity model which depends on both local velocity fluctuation level and local grid scale. As a validation problem, the flows around a sphere of several Reynolds numbers are simulated and some characteristic quantities are compared to experimental data and numerical results in the literature.
Woo, Seung-Buhm;Choi, Young-Kwang;Gonzalez-Ondina, Jose M.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.22
no.1
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pp.47-57
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2010
Subgrid scale stabilization method is applied to Woo and Liu(2004)'s extended Boussinesq FEM numerical model to eliminate the 2dx wiggles. In order to optimize the computational efficiency, Hessian operator is introduced and the matrix of velocity vector is combined to one matrix for solving matrix equations. The mass lumping technique is also applied to the matrix equations of auxiliary variables. The newly developed code is applied to simulate Vincent and Briggs(1989)' wave transformation experiments and the results show that the numerical solution is almost wiggle-free and it matches very well with experimental data. Due to improvement of computational efficiency and wiggle reduction, it is plausible to apply this model to a realistic problem such as harbor oscillation problems.
Sang-Hyun Lee;Su-Bin Oh;Chun-Ji Kim;Chun-Sil Jin;Hyun-Ha Lee
Journal of Radiation Protection and Research
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v.48
no.1
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pp.28-43
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2023
Background: High-fidelity meteorological data is a prerequisite for the realistic simulation of atmospheric dispersion of radioactive materials near nuclear power plants (NPPs). However, many meteorological models frequently overestimate near-surface wind speeds, failing to represent local meteorological conditions near NPPs. This study presents a new high-resolution (approximately 1 km) meteorological downscaling method for modeling short-range (< 100 km) atmospheric dispersion of accidental NPP plumes. Materials and Methods: Six considerations from literature reviews have been suggested for a new dynamic downscaling method. The dynamic downscaling method is developed based on the Weather Research and Forecasting (WRF) model version 3.6.1, applying high-resolution land-use and topography data. In addition, a new subgrid-scale topographic drag parameterization has been implemented for a realistic representation of the atmospheric surface-layer momentum transfer. Finally, a year-long simulation for the Kori and Wolsong NPPs, located in southeastern coastal areas, has been made for 2016 and evaluated against operational surface meteorological measurements and the NPPs' on-site weather stations. Results and Discussion: The new dynamic downscaling method can represent multiscale atmospheric motions from the synoptic to the boundary-layer scales and produce three-dimensional local meteorological fields near the NPPs with a 1.2 km grid resolution. Comparing the year-long simulation against the measurements showed a salient improvement in simulating near-surface wind fields by reducing the root mean square error of approximately 1 m/s. Furthermore, the improved wind field simulation led to a better agreement in the Eulerian estimate of the local atmospheric dispersion. The new subgrid-scale topographic drag parameterization was essential for improved performance, suggesting the importance of the subgrid-scale momentum interactions in the atmospheric surface layer. Conclusion: A new dynamic downscaling method has been developed to produce high-resolution local meteorological fields around the Kori and Wolsong NPPs, which can be used in short-range atmospheric dispersion modeling near the NPPs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.6
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pp.779-792
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1997
Flow characteristics are numerically investigated when a packet of waves consisting of a Tollmien-Schlichting wave and a pair of Squire waves evolves in a flat-plate laminar boundary layer using a large eddy simulation with a dynamic subgrid-scale model. Characteristics of early stage transitional boundary layer flow such as the .LAMBDA. vortex, variation of the skin friction and backscatter are predicted. Smagorinsky constants and the eddy viscosity obtained from the dynamic subgrid-scale model significantly change as the flow evolves. Far Field noise radiated from the transitional boundary layer shows the dipole and quadrupole characteristics owing to the wall shear stress and the Reynolds stresses, respectively.
A large eddy simulation with explicit filters on unstructured mesh is presented. Two explicit filters are adopted for reducing the aliasing error of the nonlinear convective term and measuring the level of subgrid scale velocity fluctuation, respectively. The developed subgrid scale model is basically eddy viscosity model which depends on the explicitly filtered fields and needs no additional ad hoc wall treatment such as van Driest damping function. As a validation problem, the flows around a sphere at several Reynolds numbers, including laminar and turbulent regimes, are calculated and compared to experimental data and numerical results in the literature.
Large eddy simulation(LES) of fully developed turbulent pipe flow has been performed to investigate the effect of Reynolds number on the flow field at $Re_{\tau}$=180, 395, 590 based on friction velocity and pipe radius. A dynamic subgrid-scale model for the turbulent subgrid-scale stresses was employed to close the governing equations. The mean flow properties, mean velocity profiles and turbulent intensities obtained from the present LES are in good agreement with the previous numerical and experimental results currently available. The Reynolds number effects were observed in the mean velocity profile, root-mean-square of velocity fluctuations, Reynolds shear stress and turbulent viscosity.
Large eddy simulation(LES) of fully developed turbulent pipe flow has been performed to investigate the effect of Reynolds number on the flow field at $Re_{\tau}$=180, 395, 590 based on friction velocity and pipe radius. A dynamic subgrid-scale model for the turbulent subgrid-scale stresses was employed to close the governing equations. The mean flow properties, mean velocity profiles and turbulent intensities obtained from the present LES are in good agreement with the previous numerical and experimental results currently available. The Reynolds number effects were observed in the higher-order statistics(Skewness and Flatness factor). Furthermore, the budgets of the Reynolds stresses and turbulent kinetic energy were computed and analyzed to elucidate the effect of Reynolds number on the turbulent structures.
VIC (Vortex-In-Cell) method for viscous incompressible flow is presented to simulate the wake behind a modified NACA16 foil. With uniform rectangular grid, the velocity in field is calculated using streamfunction from vorticity field by solving the Poisson equation in which FFT(Fast Fourier Transform) is combined with 2nd order finite difference scheme. Here, LES(Large Eddy Simulation) with Smagorinsky model is applied for turbulence calculation. Effective viscosity is formulated using magnitude of strain tensor(or vorticity). Then the turbulent diffusion as well as viscous diffusion becomes particle strength exchange(PSE) with averaged eddy viscosity. The well-established panel method is combined to obtain the irrotational velocity and to apply the no-penetration boundary condition on the body panel. And wall diffusion is used for no-slip condition numerical results of turbulent stresses are compared with experimental results (Bourgoyne, 2003). Before comparing process, LES(Large Eddy Simulation) SGS(Subgrid scale) stress is transformed Reynolds averaged stress (Winckelmans, 2001).
The spectral eddy viscosity model is investigated through the large eddy simulation of the decaying and forced isotropic turbulence. It is shown that the widely accepted 'plateau and cusp' model overpredicts resolved kinetic energy due to the amplification of energy at intermediate wavenumbers. Whereas, the simple plateau model reproduces a correct energy spectrum. This result overshadows a priori tests based on the filtered DNS or experimental data. An alternative method for the validation of subgrid-scale model is discussed.
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