A study axisymmetric source-sink flow of a viscous fluid in a rotating cylinder is simulated numerically.
Source and sink are respectively the feed and discharge slits at the end plates of the cylinder. Compressibility of the fluid is taken into account in the form of density stratification in the radial direction. We take stream function-vorticity formulation and stability problem at high r.p.m. is overcome by using upwind difference scheme. The solution techniques for this finite difference equation are SOR and SIR (strongly lmplicit procedure) and the latter is found to be more efficient for this set of equations.
Additionally, when using SIP, we adopted the method devised by Jacobs to correct the error resulting from artificial viscosity
To verify the results of numerical simulation, a model cylinder was driven at an angular velocity of 200 - 500 r.p.m. The air to which paraffine mist is added as a trace particle is fed into the cylinder through the inlet slit at the upper end plate, and is whthdrawn through the outlet slits at the upper and lower plates.
Valnes of axial and azimuthal velocity from the presence numerical simulation were compared with those from experiments.
Sourece와 Sink를 가진, 회전하는 실린더 내에서의 기체의 유동
회전하는 실린더의 양 끝 덮개에 원형의 slit상의 source와 sink가 있는 경우, 그 유동을 수치해석적으로 모사하였다. 반경방향으로 밀도의 분포를 가정함으로써 기체의 압축성을 고려하였다. Stream function과 vorticity를 변수로 사용하였으며 큰 각속도에서도 수치모사와 안정성을 유지하기 위해서, upwind difference 법을 사용하였다.
유도된 차분방정식을 푸는데는, SOR과 SIP (stron gly implicit procedure)를 사용했으며, 후자가 본 system에 대해서 더욱 효율적 임을 알았다. 또 SIP를 사용하는 경우 artificial viscosity 때문에 생기는 오차를 줄이기 위해서 Jacobs 수정법을 사용했다. 수치모사 결과의 정확성을 일부 검토하기 위해서, 200-500rpm의 범위로 최전하는 모델실린더를 제작하였다.
실린더의 윗덮개의 중심쪽에 있는 slit를 통해 공기를 불어 넣었고 윗덮개의 바깥쪽과 아랫덮개에 있는 slit를 통해 뽑아내었으며, 그 흐름을 관측할 수 있도록 paraffine mist를 첨가하였다. 이렇게 하여 측정한 축 방향속도와, 문헌에 나와 있는 방위각 방향속도를 수치모사의 결과와 비교하였다.
