Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.5
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pp.1308-1318
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1995
The influence of varying rotation speed of both crystal and crucible was numerically investigated for the Czochralski silicon-crystal growth. Based on a simplified model assuming flatness of free surfrae, the Navier-Stokes Boussinesq equations were employed to identify the flow pattern, temperature distribution as well as the shape of the melt/crystal interface. The present results showed that the interface shape was relatively convex with respect to the melt at lower pulling rate and tended to be concave as the pulling rate increased. In particular, the experimentally observed gull-winged shape of the interface was qualitatively in agreement with the predicted shape. The rotation of crystal alone little affected the growth system. When the rotation speed of the crucible was increased, there occurred inversion of the interface shape from convex to concave pattern. At rapid rotation of the crucible, an interesting channel formation was predictied primarily due to the assumption of laminar flow.
This paper deals with the problem of the determination of the response of a viscoelastic Bernoulli-Navier beam, which is resting on an elastic medium. Assuming uniaxial bending, the displacement of the beam axis is governed by an integro-differential equation. The compatibility of the displacements between the beam and the elastic medium is imposed through an integral equation. In general and in particular in the case of a Boussinesq medium, the solution has to be pursued numerically. On the contrary, in the case of a Winkler's medium the compatibility equation becomes a linear finite relationship, which allows finding an original analytical solution of the problem for both hereditary and aging behavior of the beam. Some numerical examples complete the paper, in which a comparison is made between the hereditary and the aging model for the creep of the beam.
In improving laser cutting of optical plastic films for mass production of optoelectronics display units, it is important to understand particle contamination over optical film surface due to fume particle generation and dispersion. This numerical study investigates the effects of downward and upward air flow motions on fume particle dispersion around laser cut line. The simulations employ random particle sampling of up to one million fume particles by probabilistic distributions of particle size, ejection velocity and angle, and fume particle dispersion and surface landing are predicted using Basset-Boussinesq-Oseen model of low Reynolds number flows. The numerical results show that downward air flow scatters fume particles of a certain size range farther away from laser cut line and aggravate surface contamination. However, upward air flow pushes fume particles of this size range back toward laser cut line or sucks them up with rising air motion, thus significantly alleviating surface contamination.
The optoelectronic display units such as TFT-LCD or OLED require many thin optical plastic films and their mass manufacturing processes employ CO2 laser cutting of those thin films in a large quantity. However, laser film cutting could generate fume particles through melt shearing, vaporization, and chemical degradation and those particles could be of great concern for film surface contamination. In order to appreciate the fume particle dispersion behaviors in laser film cutting, this study relies on random particle simulations by probabilistic distributions of particle size, ejection velocity and angles coupled with Basset-Boussinesq-Oseen model of particle trajectory in low Reynolds number flows. Here, up to one million particles of random sampling have been tested to effectively show fume particles dispersed on the film surface. The computational results could show that particular range of fume particle size could easily disperse into the pixel region of processed optical films.
A lumped kinetic modeling platform is developed to investigate the coupled nuclear/thermo-fluid features of the closed natural circulation loop in a low power lead cooled fast reactor. This coolant material serves a reliable choice with noticeable thermo-physical safety characteristics in terms of natural convection. Boussienesq approximation is resorted to appropriately reduce the governing partial differential equations (PDEs) for the fluid flow into a set of ordinary differential equations (ODEs). As a main contributing step, the coolant circulation speed is accordingly correlated to the loop operational power and temperature levels. Further temporal analysis and control synthesis activities may thus be carried out within a more consistent state space framework. Nyquist stability criterion is thereafter employed to carry out a sensitivity analysis for the system stability at various power and heat sink temperature levels and results confirm a widely stable natural circulation loop.
At present the most popular turbulence models used for engineering solutions to flow problems are the $k-{\varepsilon}$ and Reynolds stress models. The shortcoming of these models based on the isotropic eddy viscosity concept and Reynolds averaging in flow fields of the type found in the field of Wind Engineering are well documented. In view of these shortcomings this paper presents the implementation of a non-linear model and its evaluation for flow around a building. Tests were undertaken using the classical bluff body shape, a surface mounted cube, with orientations both normal and skewed at $45^{\circ}$ to the incident wind. Full-scale investigations have been undertaken at the Silsoe Research Institute with a 6 m surface mounted cube and a fetch of roughness height equal to 0.01 m. All tests were originally undertaken for a number of turbulence models including the standard, RNG and MMK $k-{\varepsilon}$ models and the differential stress model. The sensitivity of the CFD results to a number of solver parameters was tested. The accuracy of the turbulence model used was deduced by comparison to the full-scale predicted roof and wake recirculation zone lengths. Mean values of the predicted pressure coefficients were used to further validate the turbulence models. Preliminary comparisons have also been made with available published experimental and large eddy simulation data. Initial investigations suggested that a suitable turbulence model should be able to model the anisotropy of turbulent flow such as the Reynolds stress model whilst maintaining the ease of use and computational stability of the two equations models. Therefore development work concentrated on non-linear quadratic and cubic expansions of the Boussinesq eddy viscosity assumption. Comparisons of these with models based on an isotropic assumption are presented along with comparisons with measured data.
A computational fluid dynamics model for predicting moderator circulation inside the Canada deuterium uranium (CANDU) reactor vessel has been developed to estimate the local subcooling of the moderator in the vicinity of the calandria tubes. The buoyancy effect induced by the internal heating is accounted for by the Boussinesq approximation. The standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model with logarithmic wall treatment is applied to predict the turbulent jet flows from the inlet nozzles. The matrix of the calandria tubes in the core region is simplified to a porous media in which the anisotropic hydraulic impedance is modeled using an empirical correlation of pressure loss. The governing equations are solved by DFX-4.4, a commercial CFD code developed by AEA technology. The resultant flow patterns of the constant-z slices containing the inlet nozzles and the outlet port are "mined-type", as observed in the former 2-dimensional experimental investigations. With 103% full power for conservatism, the maximum temperature of the moderator is $82.9^{\circ}C$ at the top of the core region. Considering the hydrostatic pressure change, the minimum subcooling is $24.8^{\circ}C$.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2003.05a
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pp.128-134
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2003
Numerical study on interactions of waves and currents has considerable practical interests in coastal and ocean engineering. And wave-current interactions strongly influence wave characteristics, current profiles, and forces on offshore structures. Presence of currents affects wave properties such as wave height and wave profiles. Furthermore, in case of the irregular waves, it is more complicated problem. The propose of present study, using the one-dimensional wave-current numerical model is based on the extended Boussinesq equation(Madsen, 1991) and an alternative form of wave-current dispersion relation(Mohiuddin, 1999, 2000) including wave action concept, is to simulate wave propagation in a current field including the irregular waves and discuss applicability of the model in a wave-current field.
A validation of a 3D CFD model for predicting local subcooling of moderator in the vicinity of calandria tubes in a CANDU reactor is performed. The small scale moderator experiments performed at Sheridan Park Experimental Laboratory(SPEL) in Ontario, Canada[1] is used for the validation. Also a comparison is made between previous CFD analyses based on 2DMOTH and PHOENICS, and the current model analysis for the same SPEL experiment. For the current model, a set of grid structures for the same geometry as the experimental test section is generated and the momentum, heat and continuity equations are solved by CFX-4.3, a CFD code developed by AEA technology. The matrix of calandria tubes is simplified by the porous media approach. The standard $k-\varepsilon$ turbulence model associated with logarithmic wall treatment and SIMPLEC algorithm on the body fitted grid are used and buoyancy effects are accounted for by the Boussinesq approximation. For the test conditions simulated in this study, the flow pattern identified is a buoyancy-dominated flow, which is generated by the interaction between the dominant buoyancy force by heating and inertial momentum forces by the inlet jets. As a result, the current CFD moderator analysis model predicts the moderator temperature reasonably, and the maximum error against the experimental data is kept at less than $2.0^{\circ}C$ over the whole domain. The simulated velocity field matches with the visualization of SPEL experiments quite well.
Kang, Min Ho;Kim, Jin Seok;Park, Jung Kyu;Lee, Jong Sup
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.27
no.6
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pp.382-390
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2015
To simulate a complicated hydrodynamic phenomena in the surf zone, the SWASH model is used in Haeundae Beach. The SWASH model is well known as a model competing with the Boussinesq-type model in terms of near shore waves and wave-induced currents modelling. This study is aimed to the detailed analysis of seasonal waves and wave-induced current simulation in Haeundae Beach, where the representative seasonal wave conditions was obtained from hourly measured wave data in 2014 by Korea Hydrographic and Oceanographic Administration( KHOA). Incident wave conditions were given as irregular waves by JONSWAP spectrum. The calculated seasonal wave-induced current patterns were compared with the field observation data. In summer season, a dominant longshore current toward the east of the beach appears due to the effect of incident waves from the South and the bottom bathymetry, then some rip currents occurs at the central part of the beach. In the winter season, ESE incident waves generates a strong westward longshore currents. However, a weak eastward longshore currents appears at the restricted east side areas of the beach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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