جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه
implicit method
در نشریات گروه فنی و مهندسی-
International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, Volume:12 Issue: 4, Dec 2019, PP 33 -46Phase Change Materials (PCMs) have been the subject of many researches in recent years due to the storage and release of energy at low temperature ranges. PCMs store or releasing a large amount of energy at a constant temperature range leads to saving energy. In this paper, the numerical modelling of a multilayer composite wall including PCM located on the southern side of a building is carried out using an implicit method. The data correspond the fifteenth day of each month in Tehran. The governing equations are discretized by the implicit Crank Nicolson method and solved by iteration method using MATLAB software. Finally, the location and volume fraction of PCM in the wall of the building are studied to achieve maximum efficiency. The results show that the effect of latent and sensible heat results in a reduction in the input heat flux and thermal load to the building. The optimum location for the PCM layer is the middle layer of the composite wall to reduce the heat transfer rate inside the building. In addition, it is found that the PCM volume fraction in gypsum does not have a significant effect on the thermal performance of the multi-layer composite wall. Hence, low volume fraction reduces the costs without affecting the thermal performance of the building.Keywords: Building, Composite Wall, Fluid Volume Fraction, Implicit Method, Latent heat, PCM
-
Scientia Iranica, Volume:24 Issue: 6, Nove-Dec 2017, PP 2776 -2792This paper deals with a generalized multi time step integration used for structural dynamic analysis. The proposed method presents three kinds of implicit schemes in which the accelerations and the velocities of the previous steps are utilized to integrate the equations of motion. This procedure employs three groups of weighted factors calculated by minimizing the numerical errors of displacement and velocity in Taylor series expansion. Moreover, a comprehensive study on mathematical stability of the proposed technique which is performed based on the amplification matrices proves that the new method is more stable than existing schemes such as IHOA. For numerical verification, wide range of dynamic systems including linear and nonlinear, single and multi degrees of freedom, damped and undamped, forced and free vibrations from finite element and finite difference methods are analyzed. These numerical studies demonstrate that efficiency and accuracy of the proposed method are higher than other techniques.Keywords: multi time step, numerical integration, implicit method, Dynamic Analysis, conditional stability, higher accuracy
-
A dual-time implicit mesh-less method is presented for unsteady compressible flow calculations. Polynomial least-square (PLS) and Taylor series least-square (TLS) procedures are used to estimate the spatial derivatives at each node and their computational efficiencies are compared. Also, the effect of the neighbor stencil selection on the accuracy of the method is investigated. As a new approach, different neighboring stencils are used for the highly stretched point distribution inside the boundary layer region and the inviscid isotropic point distribution outside this area. The unsteady flows over stationary and moving objects at subsonic and transonic flow conditions are solved. Results indicate the computational efficiency of the method in comparison with the alternative approaches. The convergence histories of the flow solution show that the PLS method is computationally faster than TLS method. In addition, the eight point neighboring stencil inside the viscous region is more efficient than other choices.Keywords: Navier, Stokes equations, Unsteady compressible flow, Mesh less method, Moving boundary, Implicit method
-
روش های بدون شبکه (لاگرانژی) مانند روش نیمه ضمنی ذرات متحرک (MPS) و هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)، جدیدترین نسل از این روش ها در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی می باشند که توجه محققین را در مسائل کاربردی که در آنها تغییرشکل های بزرگ و ناپیوستگی جریان وجود دارد، به خود جلب کرده-است. هدف از این پژوهش، توسعه و بهبود شبیه سازی جریان های با سطح آزاد با استفاده از مدل جدید نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم پذیری ضعیف (WC-MPS) میباشد. در روشMPS، مقدار فشار با حل معادله پواسون تعیین می شود. حل این معادله نیز به صورت ضمنی انجام می گیرد، که مستلزم صرف زمان زیاد برای رایانه است. در مطالعه حاضر، از WC-MPS برای محاسبه فشار استفاده شده است. در این روش، از معادله حالت، مشابه روش SPH، بهره گرفته شده است. این معادله به صورت صریح حل می شود و وقت زیادی از رایانه را اشغال نمی کند. به منظور ارزیابی روش و مدل پیشنهادی، مسئله شناخته شده و پرکاربرد جریان ناشی از شکست یک سد مورد بررسی قرار گرفته است. برنامه نویسی به زبان C انجام شد و آزمایش های صحت سنجی در خصوص کد نوشته شده صورت گرفت. برای مقایسه رویکرد لاگرانژی با رویکرد اویلری، شکست سد توسط نرم افزار FLOW-3D نیز مدل سازی گردیده است. نتایج بررسی ها و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که هر دو رویکرد دارای دقت قابل قبولی در مدل سازی جریان با سطح آزاد می باشند. لیکن دقت رویکرد لاگرانژی، به ویژه روش WC-MPS ارائه شده، نسبت به رویکرد اویلری بیشتر است. روش پیشنهادی دارای نوسانات فشار بوده و در ادامه راهکارهای کاهش این نوسانات بررسی گردیده است.
کلید واژگان: روش لاگرانژی، روش اویلری، روش نیمه ضمنی ذرات متحرک، جریان با سطح آزاد، شکست سدMesh-free particle (Lagrangian) methods، such as moving-particle semi-implicit (MPS) and smoothed particle hydrodynamics (SPH)، are the newest methods in computational fluid dynamics، which have been applied in flow problems with large deformations and inconsistency. The aim of ths research was to develop and improve the simulation of free surface flows، using the new method of weakly compressible MPS (WC-MPS). In the MPS method، pressure is determined by solving Poisson equation. This equation is solved implicitly، which needs too much computer time. In the present research، the WC-MPS method is used to calculate pressure. In this method، as in SPH method، the state equation is used. This equation is solved explicitly، which does not occupy too much computer time. To evaluate the proposed method، the famous applied flow problem of dam break is analyzed. The program is written in C language and validations are performed for this code. To compare the Lagrangian approach with Eulerian approach، dam break is modeled by using FLOW-3D software too. The results of modeling approaches and physical models showed that both approaches have acceptable accuracy in modeling the free surface flow، but the accuracy of Lagrangian approach، especially the WC-MPS، is more than Eulerian approach. The proposed methos had some pressure oscillations، which were analyzed thereafter. Simulation of free surface flows using Weakly compressible moving-particle semi-implicit methodMesh-free particle (Lagrangian) methods، such as moving-particle semi-implicit (MPS) and smoothed particle hydrodynamics (SPH)، are the newest methods in computational fluid dynamics، which have been applied in flow problems with large deformations and inconsistency. The aim of ths research was to develop and improve the simulation of free surface flows، using the new method of weakly compressible MPS (WC-MPS). In the MPS method، pressure is determined by solving Poisson equation. This equation is solved implicitly، which needs too much computer time. In the present research، the WC-MPS method is used to calculate pressure. In this method، as in SPH method، the state equation is used. This equation is solved explicitly، which does not occupy too much computer time. To evaluate the proposed method، the famous applied flow problem of dam break is analyzed. The program is written in C language and validations are performed for this code. To compare the Lagrangian approach with Eulerian approach، dam break is modeled by using FLOW-3D software too. The results of modeling approaches and physical models showed that both approaches have acceptable accuracy in modeling the free surface flow، but the accuracy of Lagrangian approach، especially the WC-MPS، is more than Eulerian approach. The proposed methos had some pressure oscillations، which were analyzed thereafter. Simulation of free surface flows using Weakly compressible moving-particle semi-implicit methodKeywords: Lagrangian Approach, Eulerian Approach, moving, particle semi, implicit method, Free Surface Flow, Dam Break -
در این مقاله معادلات مرتبه بالاتری برای یک روش بدون شبکه توسعه داده شده است. در دهه اخیر روش بدون شبکه که از توزیع نقاط استفاده می کند، در دینامیک سیالات محاسباتی مورد توجه قرار گرفته است. در روش بدون شبکه، معمولا حداقل مربعات سری تیلور مرتبه اول در تخمین مشتقات مکانی در هر گره استفاده می شود. در این مقاله با ارایه معادلات مرتبه بالاتر و تعمیم آن برای یک روش بدون شبکه اختلاف مرکزی، افزایش دقت و عملکرد این روش در حل معادلات غیرلزج تراکم پذیر بررسی شده است. معادلات اویلر در حالت دوبعدی و با استفاده از اتلافات عددی مرتبه دو و چهار که سبب ایجاد یک روش سریع در روش بدون شبکه می شود، حل شده اند. در گسسته سازی زمانی از روش های صریح و ضمنی دو زمانه استفاده شده است. به منظور کاهش محاسبات، تکنیک های گام زمانی موضعی و هموارسازی باقیمانده ها برای افزایش سرعت همگرایی به کار گرفته شده اند. توانایی و دقت این روش با روش حجم محدود و داده های تجربی در جریان های گذرصوتی و مافوق صوت مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که با استفاده از دقت مرتبه دوم نتایج در جریان های گذرصوتی و مافوق صوت در شبکه با تعداد نقاط کمتر، دارای دقت بسیار بالاتری نسبت به حل مرتبه اول است.
کلید واژگان: روش بدون شبکه، مرتبه بالا، روش ضمنی، جریان تراکم پذیر، معادلات اویلرIn this paper, an implicit high order discretization has been developed for gridless method. In recent decade, gridless method using a distribution of points has become an important research topic in computational fluid dynamics. Gridless method usually uses the first order Taylor series for discretization of the space derivatives at any points. This paper presents an extension of high order for a central difference gridless method and investigates the results accuracy and performance of this method for solving inviscid compressible flows. Euler equations have been solved in two dimensional using second and fourth order artificial dissipation terms. These terms make a fast gridless method. The method of discretization in time, Explicit and dual-time implicit time discretization are used. In order to reduce the computational cost, local time stepping and residual smoothing techniques are utilized to speed up convergence. The capabilities and accuracy of the method are compared with finite volume method and experimental data for airfoils in transonic and supersonic flows. Results show that the second order accuracy solutions with fewer point distributions indicate higher accuracy when compared to the first order accuracy solutions in transonic and supersonic flows.Keywords: Gridless Method, High Order, Implicit Method, Compressible Flow, Euler Equations -
روش های نیمه ضمنی ذرات متحرک (MPS) و هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) از مشهورترین روش های ذرات بدون شبکه (لاگرانژی) هستند که توجه محققان را در مسائل کاربردی با تغییرشکل های بزرگ و ناپیوستگی جریان به خود جلب کرده اند. هدف از این پژوهش، توسعه و بهبود شبیه سازی جریان با مرزهای باز با استفاده از مدل جدید نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم پذیری ضعیف (WCMPS) است. در بیشتر مطالعات انجام گرفته در زمینه روش های لاگرانژی، مدل های مورد نظر دارای شرایط مرزی بسته می باشند. لذا در این پژوهش، با به کارگیری روش بازیافت ذرات در مرزهای ورودی و خروجی، به توسعه و بهبود این مدل در شبیه سازی مدل های کاربردی با شرایط مرزی باز پرداخته شده و الگوریتم جدیدی برای شرایط مرزی ورودی و خروجی توسعه داده شده است. این الگوریتم نه تنها شرایط مرزهای ورودی و خروجی را بهبود می دهد، بلکه نوسانات فشار در مرزها را نیز کاهش می دهد. همچنین در این تحقیق برای پیش بینی بهتر سرعت در نزدیکی مرز، قانون لگاریتمی استاندارد دیوار برای ذرات سیال در مجاورت مرزهای جامد توسعه داده شده است. در ادامه، به منظور ارزیابی روش و مدل پیشنهادی برنامه نویسی شده با زبان C، مساله شناخته شده و پرکاربرد جریان روی بستر خمیده نامتقارن، و سرریز اوجی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی ها و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که مدل پیشنهادی قابلیت و کارایی بالایی در مدل سازی جریان های با سطح آزاد با شرایط مرزی باز دارد.
کلید واژگان: جریان با سطح آزاد، روش نیمه ضمنی ذرات متحرک (MPS)، تراکم پذیری ضعیف، روش بازیافت ذرات، شرایط مرزی بازMesh-free particle (Lagrangian) methods, such as moving-particle semi-implicit (MPS) and smoothed particle hydrodynamics (SPH), are the newest methods in computational fluid dynamics, which have been applied in flow problems with large deformations and inconsistency. The aim of this research was to develop and improve the simulation of open-boundary free-surface flows, using the new method of weakly compressible MPS (WC-MPS). Most studies in the field of Lagrangian models are concerned with closed boundary conditions. This study, introduces a comprehensive method for MPS modeling of cases with inflow and outflow boundaries. Inflow and outflow boundaries are considered and the boundary conditions and recycling of particles are prescribed. The algorithm not only improves the inlet and outlet boundary conditions, but also reduces the pressure fluctuations at boundaries. To evaluate the proposed method, the famous applied flow problem of ogee spillway and steady shallow flow over curved bed is analyzed. The program is written in C language and validations are performed for this code. Comparison of the results of proposed model and physical models showed acceptable accuracy in modeling the free surface flows with open boundary conditions.Keywords: Free surface flow, Moving, particle semi, implicit method, Weakly compressible, Recycling strategy, Open boundary conditions -
یک روش جدید ضمنی بر اساس روش تصویر، برای حل مسائل جریان تراکم ناپذیر در روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) معرفی گردیده است. در این روش، از دو طرح گسسته سازی جدید سازگار برای مشتقات مکانی مرتبه اول و دوم استفاده شده است. در این مقاله، نشان داده شده است که در حل صریح با روش تصویر، متغیر میدان و مکان ذراتی که فرآیند مشتق گیری عددی روی آنها انجام می شود، در دو زمان متفاوت محاسبه می شوند و امکان ارضای دقیق شرط تراکم ناپذیری با استفاده از روش های رایج وجود ندارد. در روش ضمنی پیشنهادی، در هر گام زمانی یک حلقه تکرار طی می شود که در آن، پس از یافتن سرعت در زمان جدید، مکان ذرات نیز به روز می گردد. به این ترتیب پس از همگرایی تکرار، مشتقات مکانی نیز در زمان جدید محاسبه خواهند شد. قابلیت و دقت روش ارائه شده، در شبیه سازی مسائل سطح آزاد و انتشار امواج ناشی از شکست سد روی بستر خشک و مرطوب، مورد آزمون و تایید قرار گرفت. از مزایای روش پیشنهادی در مقایسه با روش های صریح رایج، دقت بیشتر در عین استفاده از تعداد ذرات کمتر و گام های زمانی بزرگتر می باشد. همچنین این روش از جهت عدم حضور نوسانات غیر فیزیکی در میدان فشار، برتری محسوسی دارد.
کلید واژگان: جریان تراکم ناپذیر، روش ضمنی، سازگاری، جریان با سطح آزاد، شکست سدA consistent implicit Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH) method based on projection approach is proposed for solving violent free surface flow problems. In this way، two consistent discretization schemes are employed for first and second spatial derivatives. In this study، it is shown that in explicit ISPH solvers، the field variables and the positions of particles in the process of numerical differentiation are estimated at two different time steps. So، the incompressibility is not completely satisfied. In the present approach، an iteration loop is implemented، in each time-step. Thus، at the end of each time-step both velocity and the positions used in divergence estimation are at the new time-level. The proposed ISPH method is validated in free surface flow problems involving 2-D dam break benchmarks in which both wet and dry beds are considered. Among the advantages of the present implicit method is being more accurate and stable than the explicit one، despite use of lower number of particles and greater time-step sizes. Also، it provides significant improvement in free surface simulations and pressure distribution results.Keywords: Incompressible Flow, Implicit Method, Consistency, Free Surface Flow, Dam Break Problems -
در این نوشتار تحلیل دینامیکی اندرکنش سد و مخزن در دامنه زمان با استفاده از روش تفاضل محدود ارائه می شود. برای گسسته سازی معادله حاکم بر سد از روش نیمه ضمنی و معادله حاکم بر مخزن از روش صریح استفاده می شود. سیال با تراکم پذیری خطی در نظر گرفته شده و از لزجت سیال صرف نظر می شود. برای مرز دوردست مخزن شرایط مرزی سامرفیلد به کاربرده می شود.برای اولین بار درادبیات فنی تاثیرات توام جذب کف مخزن، امواج سطحی و مولفه قائم شتاب زمین در محاسبات در نظر گرفته شده است. به منظور صحت سنجی روش ارائه شده یک مثال به صورت مبنا در نظر گرفته شده و نتایج به دست آمده از روش تفاضل محدود با روش نیمه تحلیلی مقایسه می شود. نتایج از دقت مناسب روش ارائه شده با روش نیمه تحلیلی حکایت می کند. در انتها، تاثیرات جذب کف مخزن و امواج سطحی و مولفه قائم شتاب زمین در مثالی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج ارائه می شود.
In this paper, time domain dynamic analysis of dam-reservoir interaction is presented using finite difference method. A semi-implicit scheme is used for the discretization of the governing equation of dam, and an explicit scheme is used for the discretization of the governing equation of fluid. Water is considered compressible but its internal viscosity is neglected. A Sommerfeld’s radiation condition at the infinity boundary of the fluid domain is implemented. To verify the proposed method, numerical examples are given to be compared with the existing solutions. The result shows a good agreement with semi-analytical solution. Finally, the effects of reservoir bottom absorption, the free surface waves of the reservoir and the vertical component of earthquake are analyzed and the results are presented.Keywords: Dam, reservoir interaction, explicit method, semi, implicit method, hydrodynamic pressure, reservoir bottom absorption, free surface waves -
This paper proposes an effective algorithm based on the Level Set Method (LSM) to solve the problem of topology optimization. The Hamilton–Jacobi Partial Differential Equation (H-J PDE), level set equation, is modified to increase the performance. We combine the topological derivative with nonlinear LSM to create a remedy against premature convergence and strong dependency of the optimal topology on the initial design. The magnitude of the gradient in the LS equation was replaced by several Delta functions and the results were explored. Instead of the explicit scheme, which is commonly used in conventional LSM, a semi-implicit additive operator splitting scheme was carried out in our study to solve the LS equation. A truncation strategy was implemented to limit maximum and minimum values in the design domain. Finally, several numerical examples were provided to confirm the validity of the method and show its accuracy, as well as convergence speed.Keywords: Topology optimization, Shape optimization, Level set method, Topology derivative, Delta function, Semi, implicit method
-
An implicit mesh-less method is developed for calculation of compressible flows around three dimensional complex geometries. The algorithm is applied directly to the differential form of the governing equations using least-square formulation. A dual-time implicit time discretization scheme is developed, and the computational efficiency is enhanced by adopting accelerating techniques, such as local time stepping, residual smoothing and enthalpy damping. Two different artificial dissipation techniques are employed for stability preservation and it is shown that the scalar one is more efficient in terms of accuracy and computational time. The capabilities of the method are demonstrated by flow computations around different geometries under subsonic and transonic flow conditions. Results are presented which indicate good agreement with experimental and other reliable numerical data. The method is shown to reduce computational time by about 50% compared with the alternative explicit method.Keywords: Mesh, less method, Implicit method, Compressible flow, 3D geometries
نمایش نتایج بیشتر...
نکته
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.