Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
(26일 목) 제 1 발 표 장 25 다상유동 Ⅰ
�� ���
��� ������ ������ ��� �� ��� ��
�����������������������������
�����������������������.��,����������� 3���������� CIP��������.CIP�� 2������������ Hermit ������ 2������������. CIP��������������������� �� ��� ���� ��� �� ��� ��� ����.CIP����������������������������������������������� CIP-CSL���.���CIP����������������������� CIP-CSL4, CIP-CSL2, CIP-CSL3 �� ��. � ��� CSL2� �� �����(���)��������������������������� CIP���������������������������������. CSL2������������������������������������������.������ CIP-CSL2����������������� ��� ���� ������ ���� ��� ����
������� CIP-CSL2������.
����������2.1 CIP�(Cubic Interpolated Pseudo Particle Method/Constrained
Interpolation Profile Method)
�� ( , )f x t �����(1)��� 1������������ CIP���������.
0f fut x� �
� �� �
(1)
�(1)������������������������������������(2)���������.
( , ) ( ,0)f x t f x ut� � (2)
����(�)���� u ����� x ,�� t ��������������� dt �������� ix ���� iu ����������.����(2)�����������(3)��������.
( , ) ( , )f x t dt f x udt t� � � (3)
� Fig. 1������������� t ����� ix ����������� dt �������(3)���������.
Fig. 1 Advection of physical property
������������������������������
Interface-tracking simulation of multi-phase flow using CIP-CSL2 scheme
H.N Im
In this study, it is performed numerical simulation on multi-phase flow by means of CIP-CSL2 scheme. It is applied to a two-phase free surface flow problem at a high density ratio equivalent to that of an air-water system, for examining the computational capability. The method that is being developed and improved is a CIP(Constrained Interpolation Profile) and CSL2(Conservative Semi-Lagrangian) based Cartesian Grid Method.
: CIP , CSL2 , CCUP , surface tracking, multi-phase
1���,������������* Corresponding author E-mail: [email protected]
2011 전산유체 학술대회-2차 수정.indd 25 2011-05-23 오전 9:55:40
26 제 1 발 표 장 (26일 목) 다상유동 Ⅰ
CIP f /g f x Hermit . (1) (4) .
g g uu gt x x
(4)
g f . 2 (5)~ (6) 3(7)~ (8) .
3 2( ) ( ) ( ) ( )i i i i i i i if x a x x b x x c x x d (5)( )i i if x f , ( ) /i i idf x dx g
1 1( )i i if x f , 1 1( ) /i i idf x dx g (6)1 3 2n n n
i i i i if a X b X g X f1 23 2n n
i i i ig a X b X g (7)
2 3
2( )i iup i iupi
g g f fA
D D
2
3( ) (2 )iup i i iupi
f f g gB
D D (8)
X udt iup( )iiup i sign u , ( )iD dx sign u .
( )isign u iu +1 –1(9) Fortran code .
If ( iu >=0 ) then sign( iu ) = 1
else sign( iu ) = -1
end if (9)
(7) t
Navier-Stokes.
CIP
. CIP CSL4, CSL2
. CSL2 Multi-phase CIP
CSL2. CSL2 . 1
(10) (1).
0D Dt x
(10)
CIP Hermit (10)
(11) .
0D Dt x
(11)
(11) ( )D f , (10) D= fdx
CIP. CIP f
/f x 3 CSL2f fdx 2 .
. 2 3 .
,
( ) ( )i
x
i xD x f x dx (12)
3 2( ) 1 2 ni i i iD x A X A X f X (13)
3(14) .
2( )( ) 3 1 2 2 ni i i i
D xF x A X A X fx
(14)
.
( )iD x CIP(15) .
( ) 0i iD x , ( ) ( ) ni iup i icellD x sign u
( ) nx i i iD x f , ( ) n
x i iup iupD x f (15)
, nicell
( ( ) / 2iicell i sign u ), ( )iiup i sign u . (16) .
( ) 2 ( )1n n n
i iup i icellf f sign uAx x x x x
2( ) 2 ( )2n n n
i iup i icellf f sign uAx x x
(16)
2011 전산유체 학술대회-2차 수정.indd 26 2011-05-23 오전 9:55:41
(26일 목) 제 1 발 표 장 27 다상유동 Ⅰ
��� i iup ix x x� � � ��.
2.3�������CIP�� � f � ��� x f� � ����� ��� ���
CIP-CSL2�� � f � ��� � � ����� ����.��� �(17)� �� ������ CIP-CSL2��� � ����� sub-step 1~3����.
/ ( ) / 0f t uf x� � � � � � (17)
sub-step 1. �(17)� advection phase� non-advection phase������(18), (19)����������.
Advection phase
* 2( ) 3 1 2 2 ni i if F x udt A A f� �� � � � � (18)
Non-advection phase
1 *ni i if f G dt� � � , * /i iG f u x� � � � (19)
sub-step 2.��� � � Fig. 2�������������������������(20)���������.
1/ 2 1/ 2 1
1 ( )i i i i
n n n n� � � �� � �
� � � � � � (20)
i
n�� � ��� �� ����� ���� ��� �(21)� ��������.
( ) ( )i
i
xni i ix
F x dx D x�
� ��
� �� � � � ��3 2( 1 2 )n
i i iA A f� � �� � � � (21)
sub-step 3. sub-step1), 2)�����.
���, iu t� � � � ��. �(20), �(21)� � ������ ��(���)��������������������������������������.
Fig. 2 ���� �����������
2.4����
CIP-CSL2�������������� CIP�� TYPE-M��� Directional splitting��������������. Directional splitting
����� 1��������������������������������������. �����(22)��� 2��advection equation ������������.
( ) ( ) 0f uf vft x y� � �
� � �� � �
(22)
2��������� Fig. 3��������������.
Fig. 3 CIP-CSL2 ( x� , y� � )
���,�����������(23)~(25)��.1
, ( , , )i
i
xnxi j ix
f x y t dx� �� � (23)
1
, ( , , )j
j
ynyi j jy
f x y t dy� �� � (24)
1 1
, ( , , )i i
i i
x yni j ix y
f x y t dxdy� � �� � � (25)
�(16)~(20)� ��(sub-step 1.~ sub-step 3.)�1 11 ( , , , , , )n n n nCIPCSL D u f f x� �� �
� ��� 2�� CIP-CSL2
�� �� ��� ��� �� STEP1, STEP2� �� �� ����� ��� � ��.
STEP1 : ( ) 0f uft x� �
� �� �
1 11 ( , , , , , )n step n stepx xCIPCSL D u f f x� �
1 11 ( , , , , , )n step n stepy yCIPCSL D u x� � � � (26)
1
2ij iju u
u ��� (27)
STEP2 : ( ) 0f vft y� �
� �� �
1 1 1 11 ( , , , , , )step n step ny yCIPCSL D v f f y� �� �
1 11 1 11 ( , , , , , )step n step nx xCIPCSL D v y� � � �� � (28)
(x)F 1i�
(x)Fi
1ix�
ixx
1i���
i��
tui�tui ��1
, 1i jf �
1,i jf �,i jf
1, 1i jf � �
1, 1i j� � �,yi j� 1,yi j� �
,xi j�
, 1xi j� �
2011 전산유체 학술대회-2차 수정.indd 27 2011-05-23 오전 9:55:41
28 제 1 발 표 장 (26일 목) 다상유동 Ⅰ
1
2ij i jv v
v
(29)
3.1 ne-dimensional CIP, CSL2 mass, density error, profile
(17) (30) CIPCSL2 .
1(1 0.5sin(2 ))i
i
ux (30)
Fig. 4
( a ) T=0.8 sec. profile, CSL2
( b )T=0.8 sec. Mass Error, CSL2
( c ) T=0.8 sec. f Mass Error, CSL2
(d ) T=0.8 sec. f Mass Error, CIP
Fig. 4 T=0.8sec Profile, CSL2 , CIP
Fig. 4 (b) ~ (d) Original CIP CSL2 mass error Density Mass Error . Mass (
CSL2 mass error 0%.
2-dimensional water drop down 2 (31)~(34)
. (33) CSL2(31), (32)
CIP (Type M-directional split).
, Navier-Stokes ,
.
( ) 0t
u (31)
21( ) p ftu u u u (32)
X
F
1 1.1 1.2 1.3 1.4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
TIME
Err
orof
RH
O(%
)
0 0.2 0.4 0.6
-2E-13
-1E-13
0
1E-13
TIME
Err
orof
MA
SS
(%)
0.2 0.4 0.60
5E-06
1E-05
1.5E-05
2E-05
TIME
Err
orof
mas
s(%
)
0 0.2 0.4 0.6
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
2011 전산유체 학술대회-2차 수정.indd 28 2011-05-23 오전 9:55:45
(26일 목) 제 1 발 표 장 29 다상유동 Ⅰ
2( ) ( )sp p Ct
u u (33)
( ) 0iit
u (34)
u , , , p, i i , sC , f , ,
.,
Cell . (fractionalstep ) ,
(35) . Navier-Stokes C-CUP []. C-CUP
.
homogeneous phase.
**
2 2
1 1( )n
n
s
p ppC t t
u (35)
Poisson 1 Bi-CGSTAB .
CIP-CSL2(Color function, Density function) .
310
(36)~(37)F
.
tan[(1 ) ( 0.5)]F (36) tan
0.5(1 )
arc F (37)
1 0, (38)
.
(1 ) Air Water
(1 ) Air Water (38)
Water ( ) , Air
. 2 water drop domain Fig. 5
. slip 0.001x y , 0.00001t .
Fig. 5 Schematic of water droplet
Water air table 1 .
Table 1 Property of Water & Air Water Air
Density [kg/m3] 1000 1.25 Viscosity [kg/m-s] 1.004e-6 15.12e-6Color function [-] 1 0 Pressure [Pa] 101325 Ratio of specific heat [-] 20000 1.4
Water drop Fig. 6~Fig. 9 .
Fig. 6 T=0.0sec, Density function
Fig. 7 T=0.01sec, Density function
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
2011 전산유체 학술대회-2차 수정.indd 29 2011-05-23 오전 9:55:45
30 제 1 발 표 장 (26일 목) 다상유동 Ⅰ
Fig. 8 T=0.02sec, Density function
Fig. 9 T=0.03sec, Density function
�������������
CIP-CSL2��������� 1�� 2������������. ��������������������� CIP-CSL2�� ���� �� ��� ���� ��� ��� ������������.������ CIP-CSL2������������� ������ �� �� ���� 3�� ��� Boiling,
Defrosting���������������������������.
�����
[1] 2001, T.Yabe, “An Exactly Conservative Semi-Lagrangian Scheme (CIP-CSL) in One Dimension”, ASM(American Meteorogical Society) journals, Vol.129, pp.332-344.
[2] 2001, T. Kawai, “Numerical Simulation of the Ricochet Phenomenon using CIP Scheme” �15�����������(JSCFD), pp.
[2] 1985, T. Yabe, “Cubic Interpolation Pseudo-particle Method(CIP) for Solving Hyperbolic-Type Equations”, in Journal of Computational Physics, Academic Press, Vol.61, pp.261-268.
[3] 2001, T. Yabe, “The Constrained Interpolation Profile Method for Multiphase Analysis”, in journal of Computational Physics, Academic Press, Vol.169, pp. 556-593.
[4] 2004, T. Yabe, “Higher-order schemes with CIP method and adaptive Soroban grid towards mesh-free scheme”, in Journal of Computational Physics, Elsevier B.V, Vol.194, pp. 57-77.
[5] 2006, K. Takizawa, “Computation of Free-surface flow and Fluid-Object Interactions with the CIP Method Base on Adaptive Meshless Soroban grid”, World Congress on Computational Mechanics, Los Angeles, USA.
[6] 2000, R Tanaka, T Nakamura, T Yabe, “Constructions an exactly conservative scheme in a non-conservative form”, Comput. Phys. Commun., vol 126, pp.230
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
2011 전산유체 학술대회-2차 수정.indd 30 2011-05-23 오전 9:55:45