Computer simulation of the air flow over an automotive vehicle is now becoming a routine process in automotive industry to assess the aerodynamic characteristics of a medium-size vehicle such as $C_d\;and\;C_1$ and aslo to investigate the possibility of improving aerodynamic performance of the vehicle as a preliminary design for the production line. Mainly due to its contribution in saving time and cost in the development of new cars, computer simulation of the air flow over a vehicle is usually done well before a production car is introduced to the market and in gaining more and more attention as powerful computer resources are getting readily available nowadays. To aerodynamically design a car is mainly related with reducing a drag coefficient of car. A well designed car usually has a $C_d$ value in the range of $0.3{\sim}0.4$. It is understandable that automotive industry is rushing to reduce a drag coefficient as reducing even a small fraction of the $C_d$ value can have an enormous overall impact on many areas. Actually, the present research model was able to achieve a $C_d$ value in the range of $0.3{\sim}0.36$ for flow velocities of $60km/h{\sim}100km/h$ by strategically removing the possible factor hazardous to lower $C_d$ value. Prediction of the medium-size vehicle aerodynamics using CFD was performed when an actual car model was in the development stage and three-dimensional modeling was also performed to optimize it as the best model in terms of the best aerodynamic performance.
The objective of this study is to formulate a general 3D material-structural analysis framework for the thermomechanical behavior of steel-concrete structures in a fire environment. The proposed analysis framework consists of three sequential modeling parts: fire dynamics simulation, heat transfer analysis, and a thermomechanical stress analysis of the structure. The first modeling part consists of applying the NIST (National Institute of Standards and Technology) Fire Dynamics Simulator (FDS) where coupled CFD (Computational Fluid Dynamics) with thermodynamics are combined to realistically model the fire progression within the steel-concrete structure. The goal is to generate the spatial-temporal (ST) solution variables (temperature, heat flux) on the surfaces of the structure. The FDS-ST solutions are generated in a discrete form. Continuous FDS-ST approximations are then developed to represent the temperature or heat-flux at any given time or point within the structure. An extensive numerical study is carried out to examine the best ST approximation functions that strike a balance between accuracy and simplicity. The second modeling part consists of a finite-element (FE) transient heat analysis of the structure using the continuous FDS-ST surface variables as prescribed thermal boundary conditions. The third modeling part is a thermomechanical FE structural analysis using both nonlinear material and geometry. The temperature history from the second modeling part is used at all nodal points. The ABAQUS (2003) FE code is used with external user subroutines for the second and third simulation parts in order to describe the specific heat temperature nonlinear dependency that drastically affects the transient thermal solution especially for concrete materials. User subroutines are also developed to apply the continuous FDS-ST surface nodal boundary conditions in the transient heat FE analysis. The proposed modeling framework is applied to predict the temperature and deflection of the well-documented third Cardington fire test.
The selective non-catalytic reduction(SNCR) performance is sensitive to the process parameters such as flow velocity, reaction temperature and mixing of reagent(ammonia or urea) with the flue gases. Therefore, the knowledge of the velocity field, temperature field and species concentration distribution is crucial for the design and operation of an effective SNCR injection system. In this work, a full-scale two-dimensional computational fluid dynamics(CFD)-based reacting model involving a droplet model is built and validated with the data obtained from a pilot-scale urea-based SNCR reactor installed with a 150 kW LPG burner. The kinetic mechanism with seven reactions for nitrogen oxides($NO_x$) reduction by urea-water solution is used to predict $NO_x$ reduction and ammonia slip. Using the turbulent reacting flow CFD model involving the discrete droplet phase, the CFD simulation results show maximum 20% difference from the experimental data for NO reduction. For $NH_3$ slip, the simulation results have a similar tendency with the experimental data with regard to the temperature and the normalized stoichiometric ratio(NSR).
The effect of multiple roughness changes close to a building site was examined through three dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulations conducted in a virtual boundary layer wind tunnel (V-BLWT). The results obtained were compared with existing wind speed models, namely ESDU-82026 and Wang and Stathopoulos (WS) model. The latter was verified by wind tunnel tests of sixty nine cases of multiple roughness patches, and also with a simplified 2D numerical model. This work extends that numerical study to three dimensions and also models roughness elements explicitly. The current numerical study shows better agreement with the WS model, that has shown better agreements with BLWT tests, than the ESDU model. This is in contrast to previous results of Wang and Stathopoulos, who concluded that CFD shows better agreement with the ESDU model. Many cases were simulated in a V-BLWT that has same dimensions as BLWT used in the original experiment and also in a reduced symmetrical version (S-BLWT) that takes advantage of regular arrangement of roughness blocks. The S-BLWT gives results almost identical to V-BLWT simulations, while achieving significant reduction on computational time and resources.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.2
no.2
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pp.85-92
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1997
An axial flow fan design system has been made by integrating the self-developed programs and I-DEAS. By using the system, an axial flow fan was designed, manufactured and verified through the wind tunnel experiments in coorperation with a refrigerator appliance division. It has been shown that the optimal design without the ambiguity of the design parameters can be possible by the three-dimensional flow simulations using a self-developed CID code, FANS-3D. (Flow Analysis code using Navier Stokes aguations in Three-Dimensional curvilinear coordinates). By virtue of the fluency of the data flow, an optimally designed fan which satisfies design conditions can be selected in a short time and less cost. The manufacturing processes of a Mock-up and an injection molding die have been automated through the self-made interface programs which connnect from the start to the end. It has been shown that the newly developed fan by this system has a superior performance characteristics to an existing fan.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.41
no.4
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pp.134-141
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2008
We have developed a numerical model for a remote ICP(inductively coupled plasma) system in 2D and 3D with gas distribution configurations and confirmed it by plasma diagnostics. The ICP source has a Cu tube antenna wound along a quartz tube driven by a variable frequency rf power source($1.9{\sim}3.2$ MHz) for fast tuning without resort to motor driven variable capacitors. We investigated what conditions should be met to make the plasma remotely localized within the quartz tube region without charged particles' diffusing down to a substrate which is 300 mm below the source, using the numerical model. OES(optical emission spectroscopy), Langmuir probe measurements, and thermocouple measurement were used to verify it. To maintain ion current density at the substrate less than 0.1 $mA/cm^2$, two requirements were found to be necessary; higher gas pressure than 100 mTorr and smaller rf power than 1 kW for Ar.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.33
no.4
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pp.251-257
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2011
In the present study, a 3-dimensional (3D) numerical model was developed to mimic the micro porous structure of a geological $CO_2$ storage reservoir. Especially, 3D modeling technique assigning random pore size to a 3D micro porous structure was devised. Numerical method using CFD (computational fluid dynamics) was applied for the 3D micro porous structure to calculate supercritical $CO_2$ flow field. The three different configurations of 3D micro porous model were designed and their flow fields were calculated. For the physical conditions of $CO_2$ flow, temperature and pressure were set up equivalent to geological underground condition where $CO_2$ fluid was stored. From the results, the characteristics of the supercritical $CO_2$ flow fields were scrutinized and the influence of the micro pore configuration on the flow field was investigated. In particular, the pressure difference and consequent $CO_2$ permeability were calculated and compared with increasing $CO_2$ flow rate.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.15
no.2
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pp.173-180
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2017
In this study, air sampling locations in the stack of the Advanced Fuel Science Building (AFSB) at the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) were assessed according to the ANSI/HPS N13.1-1999 specification. The velocity profile, flow angle and $10{\mu}m$ aerosol particle profile at the cross-section as functions of stack height L and stack diameter D (L/D) were assessed according to the sampling location criteria using COMSOL. The criteria for the velocity profile were found to be met at 5 L/D or more for the height, and the criteria for the average flow angle were met at all locations through this assessment. The criteria for the particle profile were met at 5 L/D and 9 L/D. However, the particle profile at the cross-section of each sampling location was found to be non-uniform. In order to establish uniformity of the particle profile, a static mixer and a perimeter ring were modeled, after which the degrees of effectiveness of these components were compared. Modeling using the static mixer indicated that the sampling locations that met the criteria for the particle profile were 5-10 L/D. When modeling using the perimeter ring, the sampling locations that met the criteria for particle profile were 5 L/D and 7-10 L/D. The criteria for the velocity profile and the average flow angle were also met at the sampling locations that met the criteria for the particle profile. The methodologies used in this study can also be applied during assessments of air sampling locations when monitoring stacks at new nuclear facilities as well as existing nuclear facilities.
When the wind speed is measured by the met-mast sensor it is distorted due to the shadow effect of tower. In this paper the tower shadow effect is analyzed by a computational fluid dynamics code. First three dimensional modeling and flow analysis of the met-mast system were performed. The results were compared with the available experimental wind-tunnel test data to confirm the validity of the meshes and turbulence model. Two-dimensional model was then developed based on the three-dimensional works and experimental data. 2D analysis for various Reynolds numbers and turbulence strengths were then performed to establish the tower shadow effect database, which can be utilized as correction factors for the measured wind energy.
This study was conducted to develop a device for measuring the air flow by space variation through monitoring program, which acquires data by each point from each environmental sensor located in the greenhouse. The distribution of environmental factors(air temperature, humidity, wind speed, etc.) in the greenhouse is arranged at 12 points according to the spatial variation and a large number of measurement points (36 points in total) on the X, Y and Z axes were selected. Considering data loss and various greenhouse conditions, a bit rate was at 125kbit/s at low speed, so that the number of sensors can be expanded to 90 within greenhouse with dimensions of 100m by 100m. Those system programmed using MATLAB and LabVIEW was conducted to measure distributions of the air flow along the greenhouse in real time. It was also visualized interpolated the spatial distribution in the greenhouse. In order to verify the accuracy of CFD modeling and to improve the accuracy, it will compare the environmental variation such as air temperature, humidity, wind speed and $CO_2$ concentration in the greenhouse.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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