Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.6
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pp.347-355
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2016
This study presents a Lattice Boltzmann Method (LBM) coupled with a momentum-exchange approach/fictitious domain (MEA/FD) method for the simulation of particle suspensions. The method combines the advantages of the LB and the FD methods by using two unrelated meshes, namely, a Eulerian mesh for the flow domain and a Lagrangian mesh for the solid domain. The rigid body conditions are enforced by the momentum-exchange scheme in which the desired value of velocity is imposed directly in the particle inner domain by introducing a pseudo body force to satisfy the constraint of rigid body motion, which is the key idea of a fictitious domain (FD) method. The LB-MEA/FD method has been validated by simulating two different cases, and the results have been compared with those through other methods. The numerical evidence illustrated the capability and robustness of the present method for simulating particle suspensions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.10
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pp.1238-1246
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2004
Momentum exchange theory has been generally used for an analysis of the regenerative turbomachines due to its direct description of the complicate circulatory flow. However, because its application is limited only to linear region and its model equations are incomplete on three variables, it needs further refinements. In the present study it is improved by introducing a central pivot of circulatory flow. Also, by assuming linear circulatory velocity distribution, mean radii of inlet and outlet flows through the impeller are newly suggested. By applying control volume analysis to both linear region and the acceleration region, the governing equation on the circulatory velocity is derived. As a result, systematic performance analysis on the entire region of the incompressible regenerative turbomachines can be carried out based on the proposed model equations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.10
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pp.1247-1254
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2004
In momentum exchange theory the loss models for the circulatory flow is critically important. But because of lack of loss model on the circulatory flow, analysis model on regenerative turbomachines is not available in the open literature. In the present study circulatory loss is evaluated by combining bend's losses. Through the comparison with the previous experimental data on linear pressure gradient, a combination factor is suggested in terms of the aspect ratio of a channel. Applying this factor to two kinds of regenerative blowers the predicted results are found to be in good agreement with the experimental data of the overall performance and the head distribution along the rotational direction. Especially, the comparison with the head distribution demonstrates the accuracy of hydraulic model and loss model suggested in the present study. And the comparison with the overall performance confirms the validness of physical models as well as loss models suggested in the present study.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1995.05a
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pp.531-537
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1995
본 논문에서는 증기폭발의 전파과정을 해석하기 위한 수학적 모델을 제시하였다. 이 모델은 용융물, 용융파편, 그리고 냉각재 기상과 액상 둥 4상 유체의 2차원적인 천이거동을 지배방정식 및 관련상관식의 수치적 해를 구함으로써 증기폭발의 전파속도 및 폭발압력 등을 예측할 수 있다. 모델에 사용된 주요 상관식은 용융물 분쇄, 냉각재 상변화, 에너지 교환, 그리고 운동량 교환함으로 구성되어 있다. 냉각재의 상태를 결정하는데 있어서 냉각재의 기상과 액상 사이의 열역학적인 비평형을 허용할 수 있도록 냉각재의 상태방정식을 구성하였다. 주석/물의 증기폭발에 대한 예제계산을 수행한 결과 폭발의 전파속도 및 압력 등에 있어서 합당한 것으로 밝혀졌다. 또한 중요한 초기변수(중기 분율, 용융물 분율) 및 관련상관식에 대한 민감도 분석을 수행함으로써 모델개선을 위한 중요인자를 제시하였다.
The complicated helical flow formed in the regenerative turbomachines is usually decomposed into a peripheral component and a circulatory component. On the basis of the momentum exchange theory, the circulatory flow plays a critical role of imparting angular momentum to the peripheral flow. Therefore, the accuracy of performance prediction is dominated by the circulatory flow modeling. Until now the circulatory flow has been accounted of a standstill flow normal to the peripheral flow. However, the circulatory path from the impeller exit to the re-entrance inlet is exposed to the adverse pressure gradient, so it would be more realistic to describe that the circulatory flow is formed on the skewed plane not perpendicular to the peripheral flow. Present study suggests new circulatory flow loss model including the effect of adverse pressure gradient and modifies the effective circulatory flow rate and circulatory pivot which were previously published.
A mathematical model of vapor explosion propagation is presented. The model predict two-dimensional, transient flow fields and energies of the four fluid phases of melt drop, fragmented debris, liquid coolant and vapor coolant by solving a set of governing equations with the relevant constitutive relations. These relations include melt fragmentation, coolant-phase-change, and heat and momentum exchange models. To allow thermodynamic non-equilibrium between the coolant liquid and vapor, an equation of state for oater is uniquely formulated. A multiphase code, TRACER, has been developed based on this mathematical formulation. A set of base calculations for tin/water explosions show that the model predicts the explosion propagation speed and peak pressure in a reasonable degree although the quantitative agreement relies strongly on the parameters in the constitutive relations. A set of calculations for sensitivity studies on these parameters have identified the important initial conditions and relations. These are melt fragmentation rate, momentum exchange function, heat transfer function and coolant phase change model as well as local vapor fractions and fuel fractions.
It has been believed that the circulation in the Japan Sea involves separation of current from the Korean coast and formation of a cold cyclonic gyre in the north. To explain this, a simple quasi-geostrophic linear model is considered. The model is basically of an inflow-outflow system. The local forcings, wind and air-sea heat exchange together with damping (both mechanical and thermal), are imposed upon. The results show that only the buoyancy damping due to perturbations from local thermal adjustment can cause the separation and the gyre. Various types of circulation patterns are possible depending on the intensity of the thermal forcing.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2015.05a
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pp.395-395
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2015
하천 내 식생은 수리학, 지형학 및 생태학적으로 매우 중요하다. 식생은 하천 수생물들의 서식처를 제공할 뿐만 아니라 필터와 같은 역할을 함으로써 부유사에 의한 하천오염물의 퇴적을 유발하여 하천의 수질을 개선시킨다. 더욱이, 하천 내 흐름 및 난류구조를 변경시킴으로써 식생주변의 유사 퇴적량 및 분포에 크게 영향을 미치고, 결국 하천의 지형을 변화시킨다. 개수로의 식생에 대한 영향은 주로 실험 및 수치모델을 이용하여 연구되었고 전단면이 식재된 조건에서 식생의 항력계수, 식생역내의 부유사 및 확산에 관한 연구가 진행되어왔다. 이러한 연구를 통해 식생역 내의 전단력이 감소하여 부유사퇴적이 증가하고 식생역과 비식생역 사이의 운동량 교환에 의해 부유사 퇴적이 증가함을 보였다. 그러나 개수로에서 존재하는 유한한 크기의 식생에 의한 흐름 및 유사분포에 관한 연구는 아직 미흡하다. 이에 본 연구에서는 침수하지 않은 원형 식생 주변에서 발생하는 흐름특성을 수치모의 하였다. 침수하지 않은 원형식생 하류에서 발생하는 흐름을 계산하기 위해 2차원 수치모형을 적용하였다. 식생에 의한 저항을 고려하기 위해 운동량 방정식에 식생항을 추가하였고 $k-{\varepsilon}$ 난류모형을 적용하였다. 수치모의 조건은 Zong and Nepf (2012)의 수리실험을 참고하여 수로의 길이는 12 m, 폭은 1.2 m로 설정하였다. 0.13 m 수심을 갖는 개수로에 0.22 m 지름을 갖는 원형식생을 상류경계로부터 1.0 m 떨어진 곳에 설정하였다. 식생의 밀도($6{\sim}77m^{-1}$)를 변화시키면서 원형식생 하류의 흐름거동을 분석하였다. 식생밀도가 높은 경우에는 원형식생 양 측면에서 유발된 전단층들의 상호작용에 의해 하류에서 와류가 발생하였다. 와류가 발생하는 위치에서 난류강도가 가장 크게 나타났다. 그러나 식생밀도가 일정 값보다 낮아지면 와류가 발생하지 않는 것으로 나타났다.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.21
no.1
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pp.30-38
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2009
In recent years, there's been strong demand for coastal structures that have a permeability that serves water affinity and disaster prevention from wave attack. The aim of this study is to examine the wave transformation, including wave run-up that propagates over the coastal structures with a steep slope. A numerical model based on the nonlinear shallow water equation, together with the unsteady nonlinear Darcy law for fluid motion in permeable underlayer and laboratory measurements was carried out in terms of the free surface elevations and fluid particle velocities for the cases of regular and irregular waves over 1:5 impermeable and permeable slopes. The numerical results were used to evaluate the application and limitations of the PBREAK numerical model. The numerical model could predict the cross-shore variation of the wave profile reasonably, but showed less accurate results in the breaking zone that the mass and momentum influx is exchanged the most. Except near the wave crest, the computed depth averaged velocities could represent the measured profile below the trough level fairly well.
Numerical prediction methods were applied to investigate the turbulent air currents and air-conditioning efficiency in an underground subway station, and the results compared to experimental data. The Shin-gumho Station($8^{th}$ floor underground and 43.6m in depth) in Seoul was selected for the analysis. The entire station was covered for simulation and the ventilation mode was ordinary. The ventilation diffusers were modeled as 95 square shapes of $0.6m{\times}0.6m$ in the lobby and as 222 square shapes in the platform. Cooling air of $47,316m^3/h$ was supplied and the returned air of $33,980m^3/h$ is exhausted in the lobby and the cooling air of $33,968m^3/h$ is supplied and the returned air of $76,190m^3/h$ was exhausted in the platform which is the same as the experimental data. The cases of the screen-door-closed and open were respectively investigated. A total of 7.5million grids were generated and the whole domain divided into 22 blocks for MPI efficiency of calculation. Large eddy simulation (LES) was applied to solve the momentum and energy equation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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