Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene
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v.10
no.2
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pp.140-149
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2000
In industrial field, there are several operations where a horizontal unidirectional airflow is used to control airborne contaminants. When a worker is immersed in a uniform freestream, a recirculating airflow can be created downstream of the worker by the phenomenon of boundary layer seperation. If the contaminant source and the breathing zone are within this near-wake region, high exposure may occur. The investigation for the effect of contaminant source location on worker exposure was performed by using CFD(Computational Fluid Dynamics). The airflow field was numerically calculated by assuming a steady flow and using the standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model. As the results were compared with experimental data, the applicability of CFD was successfully verified. Subsequently, the breathing zone concentrations of the worker were predicted and compared with experimental data. The effects of contaminant density and turbulence intensity of freestream on worker exposure were evaluated.
The aim of this paper is to enhance the accuracy of predicting time-averaged external surface pressures on low-rise buildings by utilizing Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. To achieve this, benchmark studies of the Silsoe cube and the Texas Tech University (TTU) experimental building are employed for comparison with simulation results. The paper is structured into three main sections. In the initial part, an appropriate domain size is selected based on the precision of mean pressure coefficients on the windward face of the cube, utilizing Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence models. Subsequently, recommendations regarding the optimal computational domain size for an isolated building are provided based on revised findings. Moving on to the second part, the Silsoe cube model is examined within a horizontally homogeneous computational domain using more accurate turbulence models, such as Large Eddy Simulation (LES) and hybrid RANS-LES models. For computational efficiency, transient simulation settings are employed, building upon previous studies by the authors at the Windstorm Impact, Science, and Engineering (WISE) Lab, Louisiana State University (LSU). An optimal meshing strategy is determined for LES based on a grid convergence study. Three hybrid RANS-LES cases are investigated to achieve desired enhancements in the distribution of mean pressure coefficients on the Silsoe cube. In the final part, a 1:10 scale model of the TTU building is studied, incorporating the insights gained from the second part. The generated flow characteristics, including vertical profiles of mean velocity, turbulence intensity, and velocity spectra (small and large eddies), exhibit good agreement with full-scale (TTU) measurements. The results indicate promising roof pressures achieved through the careful consideration of meshing strategy, time step, domain size, inflow turbulence, near-wall treatment, and turbulence models. Moreover, this paper demonstrates an improvement in mean roof pressures compared to other state-of-the-art studies, thus highlighting the significance of CFD simulations in building aerodynamics.
Mesh and turbulence model sensitivity analyses have been performed on computational fluid dynamics simulations executed with Hydra and ANSYS Fluent for a single CANadian Deuterium Uranium (CANDU) 37M nuclear fuel bundle placed within a standard pressure tube. The goal of this work was to perform a methodical analysis to objectively determine an appropriate mesh and to gauge the sensitivity of different turbulence models for CANDU subchannel flow under isothermal conditions. The boundary conditions and material properties are representative of normal operating conditions in a high-powered channel of the Darlington Nuclear Generating Station. Four meshes were generated with ANSYS Workbench Meshing, ranging from 22 to 84 million cells, and analyzed here to determine an appropriate level of mesh resolution and quality. Five turbulence models were compared in the turbulence model sensitivity analysis: standard k - ε, RNG k - ε, realizable k - ε, SST k - ω, and the Reynolds Stress Model. The intent of this work was to gain confidence in mesh generation and turbulence model selection of a single bundle to inform the decision making of subsequent investigations of an entire fuel channel containing a string of twelve bundles.
A model combining multi-dimensional discretized population balance equations with a computational fluid dynamics simulation (CFD-DPBE model) was developed and applied to simulate turbulent flocculation and sedimentation processes in sediment retention basins. Computation fluid dynamics and the discretized population balance equations were solved to generate steady state flow field data and simulate flocculation and sedimentation processes in a sequential manner. Up-to-date numerical algorithms, such as operator splitting and LeVeque flux-corrected upwind schemes, were applied to cope with the computational demands caused by complexity and nonlinearity of the population balance equations and the instability caused by advection-dominated transport. In a modeling and simulation study with a two-dimensional simplified pond system, applicability of the CFD-DPBE model was demonstrated by tracking mass balances and floc size evolutions and by examining particle/floc size and solid concentration distributions. Thus, the CFD-DPBE model may be used as a valuable simulation tool for natural and engineered flocculation and sedimentation systems as well as for flocculant-aided sediment retention ponds.
A computational fluid dynamics(CFD) analysis has been made for fully developed turbulent flow in a triangular bare rod bundle with a pitch to diameter ratio (P/D) of 1.123. The nonlinear turbulence models predicted the turbulence-driven secondary flow in the triangular subchannel. The nonlinear quadratic κ-ε models by Speziale[1] and Myong-Kasagi[2] predicted turbulence structure in the rod bundle fairly well. The nonlinear quadratic and cubic k-ε models by Shih et al.[3] and Craft et al.[4] showed somewhat weaker anisotropic turbulence. The differential Reynolds stress model by Launder et al.[5} appeared to over predict the turbulence anisotropy in the rod bundle.
The purpose of this paper is to find a more accurate method to evaluate pedestrian wind by computational fluid dynamics approach. Previous computational fluid dynamics studies of wind environmental problems were mostly performed by simplified models, which only use simple geometric shapes, such as cubes and cylinders, to represent buildings and structures. However, to have more accurate and complete evaluation results, various shapes of blocking objects, such as trees, should also be taken into consideration. The aerodynamic effects of these various shapes of objects can decrease wind velocity and increase turbulence intensity. Previous studies simply omitted the errors generated from these various shapes of blocking objects. Adding real geometrical trees to the numerical models makes the calculating domain of CFD very complicated due to geometry generation and grid meshing problems. In this case the function of Porous Media Condition can solve the problem by adding trees into numerical models without increasing the mesh grids. The comparison results between numerical and wind tunnel model are close if the parameters of porous media condition are well adjusted.
In this study, aerodynamic analyses based on unsteady computational fluid dynamics (CFD) have been conducted for a 2-bladed vertical-axis wind turbine (VAWT) configuration. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with standard $k-{\varepsilon}$ and SST $k-{\varepsilon}$ turbulence models are solved for unsteady flow problems. The experiment model of 2-bladed VAWT has been designed and tested in this study. Aerodynamic experiment of the present VAWT model are effectively conducted using the vehicle mounted testing system. The comparison result between the experiment and the computational fluid dynamics (CFD) analysis are presented in order to verify the accuracy of CFD modeling with different turbulent models.
Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is a Lagrangian computational fluid dynamics method that has been widely used in the analysis of physical phenomena characterized by large deformation or multi-phase flow analysis, including free surface. Despite the recent implementation of eddy-viscosity models in SPH methodology, sophisticated turbulent analysis using Lagrangian methodology has been limited due to the lack of computational performance and numerical consistency. In this study, we implement the standard and dynamic Smagorinsky model and dynamic Vreman model as sub-particle scale models based on a weakly compressible SPH solver. The large eddy simulation method is numerically identical to the spatial discretization method of smoothed particle dynamics, enabling the intuitive implementation of the turbulence model. Furthermore, there is no additional filtering process required for physical variables since the sub-grid scale filtering is inherently processed in the kernel interpolation. We simulate lid-driven flow under transition and turbulent conditions as a benchmark. The simulation results show that the dynamic Vreman model produces consistent results with experimental and numerical research regarding Reynolds averaged physical quantities and flow structure. Spectral analysis also confirms that it is possible to analyze turbulent eddies with a smaller length scale using the dynamic Vreman model with the same particle size.
In the present study, the pressure coefficient of a cubic building model is numerically simulated. Three turbulence models of standard ${\kappa}-{\varepsilon}$, RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ and LES are adopted and the results are compared with the available experimental data. From the results, it has been found that RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model and LES turbulence model were shown to predict fairly well the experimental pressure coefficient. In contrast, the results of the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model showed large discrepancies in pressure coefficient on the side and top surfaces of the cubic building, which limits the applicability of the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model on wind engineering.
Kim, Jin-Hyuk;Song, Woo-Seog;Lee, Seung-Bae;Kim, Kwang-Yong
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.13
no.2
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pp.18-23
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2010
This paper presents a procedure for the aerodynamic and aeroacoustic characteristics of a sirocco fan. For the aerodynamic and aeroacoustic analyses of the sirocco fan, three-dimensional steady and unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are solved with a shear stress transport turbulence model for turbulence closure. The flow analyses were performed on a hexahedral grid using a finite-volume solver. The validation of the numerical results is performed by comparing with experimental data for the pressure, efficiency and power. The internal flow analyses of the sirocco fan are performed to understand the unstable flow phenomenon on the casing for the wall pressure and internal flow characteristics at each position. It was found that fluctuation of pressure and locally concentrated noise source are observed near the cut-off and expansion regions of the casing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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