This paper describes a numerical study to make clear the characteristics of flow around a high speed catamaran hull advancing on calm water. The simulation is carried out at Froude number of 0.5 with a separation to length rations of 0.2 to 0.5. To simulate the flows, the Navier-Stokes solver is employed in which the free surface condition is included. Computations are performed in a rectangular grid system based grid system based on the Marker & Cell method. For the validation, the computation results are compared with the experiments.
Secondary flows in gas turbines, especially those associated tip clearance and labyrinth seals, have become a focus of interest for engine manufacturers. In the past, many analytical and experimental studies, which focused solely on the flows in either tip clearances or seals, have been conducted. This paper presents an analytical model that describes the flow response in a single stage turbine induced by a finite sealing gap at the turbine rotor. The flow is assumed to be axisymmetric and the analysis is done in the meridional plane. Upon going through the stage, the radially uniform upstream flow is assumed to split into two streams one associated with the seal and the other which has gone through the blades. The former is referred to as the leakage flow, and the latter is referred the as the passage flow. The passage flow is assumed to be inviscid and incompressible while the flow in the seal can be modeled as either inviscid or viscous. Thus, the model is capable of predicting the kinematic effects of labyrinth seals on the turbine flow field.
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.
The flow analysis method which had been developed for the numerical calculation of 3-dimensional, incompressible and turbulent flow within an axial compressor was extended to the flow field within centrifugal impeller. In this method based on the SIMPLE(Semi Implicit Method Pressure Linked Equations) algorithm, the coordinate transformation was adopted and the standard k-.epsilon. model using wall function was used for turbulent flow analysis. The calculated flow fields have agreed very well with measurement results. Especially, 3-dimensional and viscous flow characteristics including secondary flows, jet-wake flow and decreased pressure rise along impeller passage, which can't be predicted by inviscid Q3D calculation were predicted very reasonably.
In order to investigate the compression wave propagating in a high-speed railway tunnel, a numerical calculation was applied to the wave phenomenon occurring in a model tunnel. Unsteady, one-dimensional inviscid or viscous flows were solved by an explicit TVD scheme, and the calculated flows were compared with the results of measurement in real tunnels. Tunnel noises caused by emission of the compression wave were characterized in terms of excess pressure of compression wave, pressure gradient in the wave front and width of the compression wave. Calculated attenuation, pressure gradient and width of compression wave with the propagating distance agreed with the results of measurement in the real tunnels. The results also show that tunnel noises are proportional to the train velocity entering the tunnel.
The Characteristic Flux Difference Splitting (CFDS) scheme designed to adapt the characteristic boundary conditions at the wall and inflow/outflow boundary planes satisfies Roe's property U, although the CFDS Jacobian matrix is decomposed by a product of elaborate transformation matrices and explicit eigenvalue matrix. When the CFDS algorithm, thus a variant of Roe's scheme, is applied straightforwardly to hypersonic flows over a blunt body, the strong bow shock gradually breaks down near the stagnation point. This numerical instability is widely observed by many researchers employing flux-difference method, known in the literature as the carbuncle phenomenon. Many remedies have been proposed and resulted in partial cures. When the idea of Sanders et al. which identifies the minimum eigenvalues near the discontinuity present is applied to CFDS method, it is shown that the instability problem can be controlled successfully. A few flux splitting methods have also been tested and results are compared against the Nakamori's Mach 8 blunt body flow.
An implicit viscous turbulent flow solver is developed for two-dimensional geometries on unstructured triangular meshes. The flux terms are discretized based on a cell-centered finite-volume formulation with the Roe's flux-difference splitting. The solution is advanced in time using an implicit backward-Euler time-stepping scheme. At each time step, the linear system of equations is approximately solved with the Gauss-Seidel relaxation scheme. The effect of turbulence effects is approximated with a standard $k-{\varepsilon}$ two-equation model which is solved separately from the mean flow equations using the same backward-Euler time integration scheme. The triangular meshes are generated using an advancing-front/layer technique. Validations are made for flows over the NACA0012 airfoil and the Douglas 3-element airfoil. Good agreements are obtained between the numerical results and the experiment.
A Navier-Stokes equation solver for incompressible viscous flows with free surface is developed and tested. This is based upon a fractional time step method and a non-staggered finite volume formulation for unstructured meshes. For time advancement scheme, Adams -Bashforth method for convective term and Crank-Nicolson method for diffusive term are applied. The interface between two fluids with different fluid properties is tracked with Piecewise Linear Interface Calculation(PLIC) Volume-of-Fluid(VOF) methods. Computational results are presented for some test problems: the broken dam, the sloshing in a rectangular tank, the filling of a cylindrical tank.
Kim, Chang Sung;Lee, Byoungjoon;Kim, Chongam;Rho, Oh-Hyun
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제2권1호
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pp.20-27
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2001
Aerodynamic sensitivity analysis is performed for the Navier-Stokes equations coupled with two-equation turbulence models using a discrete adjoint method and a direct differentiation method respectively. Like the mean flow equations, the turbulence model equations are also hand-differentiated to accurately calculate the sensitivity derivatives of flow quantities with respect to design variables in turbulent viscous flows. The sensitivity codes are then compared with the flow solver in terms of solution accuracy, computing time and computer memory requirements. The sensitivity derivatives obtained from the sensitivity codes with different turbulence models are compared with each other. The capability of the present sensitivity codes to treat complex geometry is successfully demonstrated by analyzing the flows over multi-element airfoils on Chimera overlaid grid systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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