The dynamic stability of elastically restrained cantilever pipe conveying fluid with crack is investigated in this paper. The pipe, which is fixed at one end, is assumed to rest on an intermediate spring support. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion is derived by the energy expressions using extended Hamilton's Principle. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged pipe segments. The influence of a crack severity and position, mass ratio and the velocity of fluid flow on the stability of a cantilever pipe by the numerical method are studied. Also, the critical flow velocity for the flutter and divergence due to variation in the support location and the stiffness of the spring support is presented. The stability maps of the pipe system are obtained as a function of mass ratios and effect of crack.
본 연구에서는 유연 외팔 구조물의 내부에 유체를 흐르게 함으로써 구조물의 진동을 억제시키는 방법을 제안한다. 안정성 해석과 동적 응답은 유한 요소법에 기초를 두었다. 근 궤적 선도에 있어서 플러터 한계와 최적 안정화 유속을 결정하였다. 진동의 감쇠를 관찰하기 위하여 모드 중첩법이 사용되었다. 시스템의 내부 흐름에 의한 안정화 효과는 구조물의 내부 감쇠를 무시한 경우와 포함한 경우의 임펄스 응답을 통하여 분석하였다. 내부 흐름은 기체의 경우보다도 액체의 경우가 더 큰 안정화 효과가 있다는 결론을 얻어냈다.
Numerical Calculations for dimensionless pressure drop (friction factor times Reynolds number) have been obtained for fully developed laminar flow of MPL(Modified Power Law) fluid in isosceles triangle pipes. The solutions are valid for Pseudoplastic fluids over a wide range from Newtonian behavior at low shear rates through transition region to power law behavior at higher shear rates. The analysis identified a dimensionless shear rate parameter which for a given set of operating conditions specifies where in the shear rate range a particular system is operating, i.e., Newtonian, transition or power law region. The numerical calculation data of the dimensionless pressure drop for the Newtonian and power law regions are compared with previously published asymptotic results presenting within 0.16 % in Newtonian region and 2.98 % in power law region.
본 연구에서는 정상흐름 하에서 스포일러가 부착된 해저파이프라인의 자가매설 기구를 분석하기 위하여 유체역학적 특성을 고정도로 해석할 수 있는 Navier-Stokes Solver(LES-WASS-2D)를 이용하였다. 본 논문에서 적용하는 수치모형의 타당성 및 유효성을 확보하기 위하여 기존의 스포일러 유무에 따른 파이프라인 주변의 흐름특성을 나타낸 수리모형실험결과와 비교 분석하였다. 그리고 입사유속, 스포일러의 제원 및 배치에 따른 파이프라인 주변의 수리특성(유동, 와동, 압력)과 작용력 특성을 수치적으로 분석하였다. 그 결과 1차적으로 해저파이프에 스포일러가 부착된 경우에 투영면적이 증가함으로 인하여 배후로 빠져나가는 유속이 커지고, 동시에 배후에서 발생하는 후류에 기인한 강한 와동이 발생한다. 그리고 2차적으로는 스포일러의 영향으로 상하 비대칭적인 유동 및 와동장이 발생하고, 이로 인해 비대칭적인 압력장이 형성된다. 이것은 파이프에 작용하는 힘의 비대칭성을 증가시켜 하향의 유체력을 크게 발달시킨다. 이와 같은 두 가지의 큰 원인으로 인하여 스포일러 부착형 해저파이프라인이 자가매설 되는 것으로 이해된다.
The nonlinear differential equations of motion of a fluid conveying curved pipe are derived by use of Hamiltonian approach. The extensible dynamics of curled pipe is based on the Euler-Bernoulli beam theory. Some significant differences between linear and nonlinear equations and the dynamic characteristics are discussed. Generally, it can be shown that the natural frequencies in curved pipes are changed with flow velocity. Linearized natural frequencies of nonlinear equations are slightly different from those of linear equations.
본 논문은 화재의 발생 및 전파를 억제하기 위해 방수총의 내부 유체유동특성을 파악하는 것을 목적으로 한다. 본 연구를 위해 개발 중인 워터노즐을 모델링하였고, 필드실험에서 얻은 경계조건(펌프의 가압력 : 4 bar, 방수총 출구압력 : 대기압)을 적용하였으며, 유동에 대한 운동량 지배방정식을 이용하여 방수총 내부 유동에 대한 속도 및 압력분포를 얻었다. 서브파이프의 유무와 길이를 기준으로 방수총 출구의 노즐에서의 성능 특성에 영향을 미치는 2가지 주요 인자로 고려하였다. 해석 결과 기존 모델의 경우에는 서브파이프의 길이가 변하더라도 방수총의 출구영역에서 성능특성에 그다지 영향을 미치지 않았다. 이에 반해서, 서브파이프를 단관형으로 교체한 경우에는 서브파이프의 입구에서 역류가 발생하였고, 이를 제거하기 위해 서브파이프의 길이를 2배로 변화시켜 역류를 제거할 수 있었다.
Direct Numerical Simulation(DNS) of turbulent mass transfer in fully developed turbulent pipe flow has been performed to study the effect of wall boundary conditions on the concentration fields at $Re_{\tau}$=180 based on friction velocity and pipe radius. Fully developed turbulent pipe flows for Sc=0.71 are studied with two different wall boundary conditions, namely, constant mass flux and constant wall concentration. The mean concentration profiles and turbulent mass fluxes obtained from the present DNS are in good agreement with the previous numerical results currently available. To investigate the effects of wall boundary condition on the turbulent mass transfer, the mean concentration profile, root-mean-square of concentration fluctuation, turbulent mass fluxes and higher-order statistics(Skewness and Flatness factor) are compared for the two cases. Furthermore, the budgets of turbulent mass fluxes and concentration variance were computed and analyzed to elucidate the effects of wall boundary conditions on the turbulent mass transfer.
In this paper the vibration system is consisted of a rotating cantilever pipe conveying fluid. The equation of motion is derived by using the Lagrange's equation. Also, the equation of motion is derived applying a modeling method that employs hybrid deformation variables. Generally, the system of pipe conveying fluid becomes unstable by flutter. So, we studied about the influences of the rotating angular velocity, mass ratio and the velocity of fluid flow on the stability of a cantilever pipe by the numerical method. The influences of mass ratio, the velocity of fluid, the angular velocity of a cantilever pipe and the coupling of these factors on the stability of a cantilever pipe are analytically clarified. The critical fluid velocity$(u_{cr})$ is proportional to the angular velocity of the cantilever pipe. In this paper Flutter(instability) always occur in the second mode of the system.
Large Eddy Simulation(LES) of turbulent mass transfer in fully developed turbulent pipe flow has been performed to study the effect of Reynolds number on the concentration fields at $Re_{\tau}=180$, 395, 590 based on friction velocity and pipe radius. Dynamic subgrid-scale models for the turbulent subgrid-scale stresses and mass fluxes were employed to close the governing equations. Fully developed turbulent pipe flows with constant mass flux imposed at the wall are studied for Sc=0.71. The mean concentration profiles and turbulent intensities obtained from the present LES are in good agreement with the previous numerical and experimental results currently available. To show the effects of Reynolds number on the turbulent mass transfer, the mean concentration profile, root-mean-square of concentration fluctuations, turbulent mass fluxes, cross-correlation coefficient, turbulent diffusivity and turbulent Schmidt number are presented.
Large Eddy Simulation(LES) of turbulent mass transfer in fully developed turbulent pipe flow has been performed to study the effect of Reynolds number on the concentration fields at $Re_{\tau}=180$, 395, 590 based on friction velocity and pipe radius. Dynamic subgrid-scale models for the turbulent subgrid-scale stresses and mass fluxes were employed to close the governing equations. Fully developed turbulent pipe flows with constant mass flux imposed at the wall are studied for Sc=0.71. The mean concentration profiles and turbulent intensities obtained from the present LES are in good agreement with the previous numerical and experimental results currently available. The effects of Reynolds number on the turbulent mass transfer are identified in the higher-order statistics(Skewness and Flatness factor) and instantaneous concentration fields. The budgets of turbulent mass fluxes and concentration variance were computed and analyzed to elucidate the effect of Reynolds number on turbulent mass transfer. Furthermore, to understand the correlation between near-wall turbulence structure and concentration fluctuation, we present an octant analysis in the vicinity of the pipe wall.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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