This article presents a study of the largest-ever (height = 220 m) cooling tower using the large eddy simulation (LES) method. Information about fluid fields around the tower and 3D aerodynamic time history in full construction process were obtained, and the wind pressure distribution along the entire tower predicted by the developed model was compared with standard curves and measured curves to validate the effectiveness of the simulating method. Based on that, average wind pressure distribution and characteristics of fluid fields in the construction process of ultra-large cooling tower were investigated. The characteristics of fluid fields in full construction process and their working principles were investigated based on wind speeds and vorticities under different construction conditions. Then, time domain characteristics of ultra-large cooling towers in full construction process, including fluctuating wind loads, extreme wind loads, lift and drag coefficients, and relationship of measuring points, were studied and fitting formula of extreme wind load as a function of height was developed based on the nonlinear least square method. Additionally, the frequency domain characteristics of wind loads on the constructing tower, including wind pressure power spectrum at typical measuring points, lift and drag power spectrum, circumferential correlations between typical measuring points, and vertical correlations of lift coefficient and drag coefficient, were analyzed. The results revealed that the random characteristics of fluctuating wind loads, as well as corresponding extreme wind pressure and power spectra curves, varied significantly and in real time with the height of the constructing tower. This study provides references for design of wind loads during construction period of ultra-large cooling towers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.12
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pp.1555-1569
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2000
Numerical simulation of fluid flow with moving free surface has been carried out. For the free surface flow, a VOF(Volume of Fluid)-based algorithm utilizing a fixed grid system has been investigated. In order to reduce numerical smearing at the free surface represented on a fixed grid system, a new free surface tracking algorithm based on the donor-acceptor scheme has been presented. Novel features of the proposed algorithm are characterized as two numerical tools; the orientation vector to represent the free surface orientation in each cell and the baby-cell to determine the fluid volume flux at each cell boundary. The proposed algorithm can be easily implemented in any irregular non-uniform grid systems that are usual in finite element method (FEM). Moreover, the proposed algorithm can be extended and applied to the 3-D free surface flow problem without additional efforts. For computation of unsteady incompressible flow, a finite element approximation based on the explicit fractional step method has been adopted. In addition, the SUPG(streamline upwind/Petrov-Galerkin) method has been implemented to deal with convection dominated flows. Combination of the proposed free surface tracking scheme and explicit fractional step formulation resulted in an efficient solution algorithm. Validity of the present solution algorithm was demonstrated from its application to the broken dam and the solitary wave propagation problems.
The accurate determination of formation density and the physical properties of rocks is the most critical logging tasks which can be obtained using gamma-ray transport and detection tools. Though the simulation works published so far have considerably improved the knowledge of the parameters that govern the responses of the detectors in these tools, recent studies have found considerable differences between the results of using a conventional model of a homogeneous mixture of formation and fluid and an inhomogeneous fractured medium. It has increased concerns about the importance of the complexity of the model used for the medium in simulation works. In the present study, we have suggested two various models for the flow of the fluid in porous media and fractured rock to be used for logging purposes. For a typical gamma-gamma logging tool containing a 137Cs source and two NaI detectors, simulated by using the MCNPX code, a simplified porous (SP) model in which the formation is filled with elongated rectangular cubes loaded with either mineral material or oil was investigated. In this model, the oil directly reaches the top of the medium and the connection between the pores is not guaranteed. In the other model, the medium is a large 3-D matrix of 1 cm3 randomly filled cubes. The designed algorithm to fill the matrix sites is so that this realistic random (RR) model provides the continuum growth of oil flow in various disordered directions and, therefore, fulfills the concerns about modeling the rock textures consist of extremely complex pore structures. For an arbitrary set of oil concentrations and various formation materials, the response of the detectors in the logging tool has been considered as a criterion to assess the effect of modeling for the distribution of pores in the formation on simulation studies. The results show that defining a RR model for describing heterogeneities of a porous medium does not effectively improve the prediction of the responses of logging tools. Taking into account the computational cost of the particle transport in the complex geometries in the Monte Carlo method, the SP model can be satisfactory for gamma-gamma logging purposes.
Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society
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v.3
no.2
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pp.7-13
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2006
In this paper the noise source and the amplifying mechanism are analyzed to reduce the noise of the excavator return line using the experimental approach and the CFD simulation. The result says that the reason of noise generation is pipe vibration caused by the cavitation at the main control valve and the level of noise is proportional to the valve back pressure at the return line. The methodology to reduce this noise was proposed and verified by the vehicle test.
Mean concentrations of ammonia gas released as a tracer from an isolated low-rise building have been measured and predicted. Predictions were calculated using computational fluid dynamics (CFD) and two dispersion models: a diffusion model and a Lagrangian particle tracking technique. Explicit account was taken of the natural variation of wind direction by a technique based on the weighted summation of individual steady state wind direction results according to the probability density function of the wind direction. The results indicated that at distances >3 building heights downstream the weighted predictions from either model are satisfactory but that in the near wake the diffusion model is less successful. Weighted solutions give significantly improved predictions over unweighted results. Lack of plume spread is identified as the main cause of inaccuracies in predictions and this is linked to inadequate resolution of flow features and mixing in the CFD model. Further work on non-steady state simulation of wake flows for dispersion studies is recommended.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.8
no.1
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pp.36-45
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2015
Oil and gas industry pumps viscous fluids and investigation of flow physics is important to understand the machine behavior to deliver such fluids. 3D numerical flow simulation and analysis for different viscous fluids at different rotational speeds of a centrifugal impeller have been reported in this paper. Reynolds-averaged Navier Stokes (RANS) equations were solved and the performance analysis was made. Standard two equation k-${\varepsilon}$ model was used for the turbulence closure of steady incompressible flow. An inlet recirculation and reverse flow in impeller passage was observed at low impeller speeds. It was also found that the higher viscosity fluids have higher recirculation which hinders the impeller performance.
Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society
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v.3
no.1
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pp.7-14
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2006
In this paper, an in-process diagnosis method for performance of position control servo system was studied, which was based upon null bias, slew-rate ratio and delay time measurement. Slew-rate ratio and delay time were analyzed by theoretical analysis, computer simulation and experiment. As a result of these analysis, when spool of servovalve was weared, slew-rate ratio was decreased and delay time was increased.
Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society
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v.6
no.3
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pp.1-9
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2009
Noise reduction for hydraulic pump is strongly demanded in the market with its efficiency and durability. In order to meet this demand, it is necessary to reveal mechanism for noise and relationship between the important factors. In this paper, mathematical model for cylinder pressure which is primary reason of pulsation and sound noise were established, and examined its pressure profile by simulation. Also, the valve plate of three kind types are manufactured and tested for piston pressure, pressure pulsation, and sound power level based on the tentative standard which is officially recognized.
A commercial CFD code is applied to analyze the 3-D viscous flow field within vertical multi-stage centrifugal pimp including impeller with 6 blades and guide vane with 11 blades and is performed by changing flow rate from 10 to $26\;m^3/h$ at the constant 3500rpm. The purpose of this 3-D numerical simulation is to confirm how much the effect of blade inlet angle of guide vane has an influence on the performance of vertical multi-stage centrifugal pimp. these results performed by $20^{\circ},\;30^{\circ}$ inlet angle of guide vane are compared with grundfos performance data. The vertical multi-stage pump consist of the impeller, guide vane, and cylinder. The characteristics such as total pressure coefficient total heat shaft horse power, power efficiency, discharge coefficient are represented according to flow rate changing.
Oral cancer surgery changes the morphologic characteristics of the human upper airway. These changes can affect the flow patterns. In this study, computational fluid dynamics (CFD) simulations with transient solver were performed to numerically investigate the air flows in the human upper airways depending oral cancer surgery. 3D reconstructed models were obtained from 2D CT images of one patient. For the boundary condition, the realistic breathing cycle of human was applied. The hydraulic diameters of cross-sections for post-surgical model are changed greatly along streamwise direction, so these variations can cause higher wall shear stress and flow disturbance compared to pre-surgical model. The recirculation flows observed in the protruding region result in the relatively large pressure drop. These results can be helpful to understand the flow variations after resection surgery of oral cancer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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