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Contents
목차
Development of Coupled Lattice Boltzmann and Finite Element Method for Fluid-Structure Interaction Problems in Commercial Nuclear Power Plants - Phase I (The 2nd(이미지참조) Annual Report) 16
1. Introduction 18
2. Finite Element LBM Formulation (FELBM) 19
3. Element Free LBM Formulation (EFLBM) 22
4. Boundary Conditions 24
5. Turbulence Model 30
6. Fluid/Structure Interaction Model 31
7. Numerical Results and Discussion 34
8. Conclusions 37
유체-구조물 상호작용 문제에 대한 LBM-FEM 연계해석 방법 개발 - 1단계 (제2차년도 보고서) 54
1. 서론 56
2. FELBM 수식화 57
3. EFLBM 수식화 61
4. 경계조건 62
5. 난류모델 68
6. 유체-구조물 상호작용 모델 69
7. 수치해석 결과 및 토의 72
8. 결론 75
References 92
Development of Coupled Lattice Boltzmann and Finite Element Method for Fluid-Structure Interaction Problems in Commercial Nuclear Power Plants - Phase I (The 2nd(이미지참조)Annual Report) 12
Figure 1. D2Q9 lattice showing discrete nine velocity vectors 38
Figure 2. D3Q15 lattice showing discrete fifteen velocity vectors 38
Figure 3. Comparison of different FELBM like the Galerkin method, collocation method, and method of moments for the plane Poiseuille flow using 2-D, four-node quadrilateral elements. 39
Figure 4. Comparison of the 2-D four-node quadrilateral, 2-D three-node triangular, and 3-D eight-node brick-shape elements for the plane Poiseuille flow using the Galerkin method. 40
Figure 5. Comparison of the FELBM, EFLBM for the plane Poiseuille flow using the Galerkin method. 41
Figure 6. Plot of the normalized velocity profiles for unsteady Couette flow. Both FELBM and EFLBM are compared to the analytical solution. 42
Figure 7. Comparison of steady state velocity profile of flow between two co-axial cylinders using four-node quadrilateral element. The solutions from the Galerkin method aad the method of moments, respectively, are compared to the exact solution. 43
Figure 8. Horizontal velocity profile along the vertical centerline of the domain. The CFD solution was obtained from Ref. 44
Figure 9. Vertical velocity profile along the horizontal centerline of the domain. The CFD solution was obtained from Ref. 45
Figure 10. Comparison of laminar and turbulent flows between two parallel plates subjected to pressure difference 46
Figure 11. Laminar flow profile at a cross-section in a 3-D rectangular duct driven by a pressure differential 47
Figure 12. Turbulent flow profile at a cross-section in a 3-D rectangular duct driven by a pressure differential 48
Figure 13. Converging-diverging duct with a flexible structure at the center of the bottom wall 49
Figure 14. Vibrational displacement at the center of the flexible structure located in the middle of a converging-diverging duct 49
Figure 15. Vibrational velocity at the center of the flexible structure located in the middle of a converging-diverging duct 50
Figure 16. Vibrational transverse displacement at the center of the flexible shell at the bottom of a uniform rectangular shape of three-dimensional duct 51
Figure 17. Vibrational transverse velocity at the center of the flexible shell at the bottom of a uniform rectangular shape of three-dimensional duct 52
유체-구조물 상호작용 문제에 대한 LBM-FEM 연계해석 방법 개발 - 1단계 (제2차년도 보고서) 14
Figure 1. 2-D 격자(D2Q9)에서의 9개의 이산화된 속도벡터 분포 76
Figure 2. 3-D 격자(D3Q15)에서의 15개의 이산화된 속도벡터 분포 76
Figure 3. 2-D Poiseuille 유동에서의 가중잔여치법에 따른 FELBM 해석 결과 비교 77
Figure 4. Poiseuille 유동에 대한 유한요소의 종류에 따른 Galerkin 방법을 사용한 FELBM 해석 결과 비교 78
Figure 5. Galerkin 방법을 사용한 FELBM과 EFLBM을 이용한 Poiseuille 유동해석 결과 비교 79
Figure 6. FELBM과 EFLBM의 과도 Couette 유동에 대한 속도장 계산 결과 비교 80
Figure 7. 상대 속도를 갖고 회전하는 두 개의 동심 원통 사이를 흐르는 유체의 정상상태 속도 분포 81
Figure 8. 수직 중앙 경계선을 따라 나타나는 수평방향 속도 분포 82
Figure 9. 수평 중앙 경계선을 따라 나타나는 수직방향 속도 분포 83
Figure 10. 차압을 갖는 두 개의 평행평판 사이를 흐르는 층류 및 난류 유동에서의 속도 분포 84
Figure 11. 차압에 의해 유동이 발생하는 3-D 채널 단면에서의 층류 유동 속도 분포 85
Figure 12. 차압에 의해 유동이 발생하는 3-D 채널 단면에서의 난류 유동 속도 분포 86
Figure 13. 밑면 중앙에 유연체 구조물을 갖는 Converging-diverging관의 형상 87
Figure 14. Converging-diverging관의 밑면 중앙에 위치하는 유연체 구조물에서의 진동 변위 87
Figure 15. Converging-diverging관의 밑면 중앙에 위치하는 유연체 구조물에서의 진동 속도 88
Figure 16. 3-D 채널 밑면 셀 중앙에서의 진동 변위 89
Figure 17. 3-D 채널 밑면 쉘 중앙에서의 진동 속도 90