A design procedure for a ship with minimum total resistance has been developed using a numerical optimization method called SQP (Sequential Quadratic Programming) to search for optimized hull form and CFD(Computational Fluid Dynamics) technique. The friction resistance is estimated using the ITTC 1957 model-ship correlation line formula and the wave making resistance is evaluated using a potential-flow panel method based on Rankine sources with nonlinear free surface boundary conditions. The geometry of hull surface is represented and modified using B-spline surface patches during the optimization process. Using the Series 60 hull ($C_B$ =0.60) as a base hull, the optimization procedure is applied to obtain an optimal hull that produces the minimum total resistance for the given constraints. To verify the validity of the result, the original model and the optimized model obtained by the optimization process have been built and tested in a towing tank. It is shown that the optimal hull obtained around $13\%$ reduction in the total resistance and around $40\%$ reduction in the residual resistance at a speed tested compared with that of the original one, demonstrating that the present optimization tool can be effectively used for efficient hull form designs.
High-rise apartments have a problem using natural ventilation because of the strong outdoor wind velocity. Conventional high-rise apartments have adopted mechanical ventilation systems to maintain the indoor air quality. However, it leads to the overuse of electricity and the sick house syndrome. Double-skin facade is the alternative for the high-rise building to use natural ventilation and this study is focused on the performance of the box-window, which is a kind of double-skin facades. Indoor wind velocity and HCHO concentrations are analyzed with three types of box-windows: the diagonal type, parallel type and perpendicular type. The airflow is simulated by computational fluid dynamics program. Box-windows reduce the maximum value of indoor wind velocity about 50% compared with the single window and the HCHO concentrations do not have the big difference. Box-windows could be the alternative to enhance the use of the natural ventilation and indoor air quality of the high-rise apartment.
Corrosion of structural materials presents a critical challenge in the use of lead-bismuth eutectic (LBE) as a nuclear coolant in an accelerator-driven system. By forming a protective layer on the steel surfaces, corrosion of steels in LBE cooled reactors can be mitigated. The amount of oxygen concentration required to create a continuous and stable oxide layer on steel surfaces is related to the oxidation process. So far, there is no oxidation experiment in fuel assemblies (FA), let alone specific oxidation detail information. This information can be, however, obtained by numerical simulation. In the present study, a new coupling method is developed to implement a coupling between the oxygen mass transfer model and the commercial computational fluid dynamics (CFD) software ANSYS-CFX. The coupling approach is verified. Using the coupling tool, we study the oxidation process of the FA and investigate the effects of different inlet parameters, such as temperature, flow rate on the mass transfer process.
The interdisciplinary research area of small scale energy harvesting has attracted tremendous interests in the past decades, with a goal of ultimately realizing self-powered electronic systems. Among the various available ambient energy sources which can be converted into electricity, wind energy is a most promising and ubiquitous source in both outdoor and indoor environments. Significant research outcomes have been produced on small scale wind energy harvesting in the literature, mostly based on piezoelectric conversion. Especially, modeling methods of wind energy harvesting techniques plays a greatly important role in accurate performance evaluations as well as efficient parameter optimizations. The purpose of this paper is to present a guideline on the modeling methods of small-scale wind energy harvesters. The mechanisms and characteristics of different types of aeroelastic instabilities are presented first, including the vortex-induced vibration, galloping, flutter, wake galloping and turbulence-induced vibration. Next, the modeling methods are reviewed in detail, which are classified into three categories: the mathematical modeling method, the equivalent circuit modeling method, and the computational fluid dynamics (CFD) method. This paper aims to provide useful guidance to researchers from various disciplines when they want to develop and model a multi-way coupled wind piezoelectric energy harvester.
레이저 다이오드 TO 패키지 내부의 주요 부분과 히트싱크 구조의 열전달 특성을 전산모사를 통해 분석하고, 개선구조의 효율적 적용방안을 제안하였다. 열 병목 현상을 개선하기 위해, 레이저 다이오드 상부에 열 우회를 도모할 수 있는 방열구조물을 설치하는 것을 제안하였고, 열저항 단순모델 기대치와 비교하여 그 우회 효율 개선 정도를 더욱 향상시키는 적용 범위를 파악하였다. 열 병목을 감안하여 방열 도움 구조물을 적절히 추가함에 따라, 통상적인 기대 수준보다 더욱 향상된 열 우회 효율을 얻을 수 있었음을 보고한다.
Machining operations require the removal of chips to keep the water-soluble cutting oil clean and fresh throughout the operation time. Water-soluble cutting oil for metal processing is diluted using a 3-8% solution in water which is generally replaced every three to six months. This study aims to develop multiple purification devices to efficiently remove fine contaminating particles from water-soluble cutting oil. The 2D concept designs were created using AutoCAD. The designs were drawn using the 3D modelling feature of CATIA. Flow analysis was performed in a bubble purifier using Ansys computational fluid dynamics (CFD). This analysis has aided in improving the design and structure of the device to create the final prototype. Experiments were conducted to check the prototype's performance. Comparisons of the effects of each process variable on the experiment was carried out using ANOVA.
The crossflow is the key phenomenon in turbulent flow inside rod bundles. In order to establish confidence on application of computational fluid dynamics (CFD) to simulate the crossflow in rod bundles, three Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) models i.e. the realizable k-ε model, the k-ω SST model and the Reynolds stress model (RSM), and the Large Eddy simulations (LES) with the Wall-Adapting Local Eddy-viscosity (WALE) model are validated based on the Particle Image Velocimetry (PIV) flow measurement experiment in a 5 × 5 rod bundle. In order to investigate effects of periodic boundary condition in the gap, the numerical results obtained with four inner subchannels are compared with that obtained with the whole 5 × 5 rod bundle. The results show that periodic boundaries in the gaps produce strong errors far downstream of the spacer grid, and therefore the full 5 × 5 rod bundle should be simulated. Furthermore, it can be concluded, that the realizable k-ε model can only provide reasonable results very close to the spacer grid, while the other investigated models are in good agreement with the experimental data in the whole downstream flow in the rod bundle. The LES approach shows superiority to the RANS models.
The streamlined box is a common type of girders for long-span suspension bridges. Spanning deep canyons, long-span bridges are frequently attacked by strong winds with large angles of attack. In this situation, the flow field around the streamlined box changes significantly, leading to reduction of the flutter performance. The wind fairings have different effects on the flutter performance. Therefore, this study examines the flutter performance of box girders with different wind fairings at large angles of attack. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were carried out to extract the flutter derivatives, and the critical flutter state of a long-span bridge was determined. Further comparisons of the wind fairings were investigated by a rapid method which is related to the input energy by the aerodynamic force. The results show that a reasonable type of wind fairings could improve the flutter performance of long-span bridges at large angles of attack. For the torsional flutter instability, the wind fairings weaken the adverse effect of the vortex attaching to the girder, and a sharper one could achieve a better result. According to the input energies on the girder with different wind fairings, the symmetrical wind fairings are more beneficial to the flutter performance
A Digital Transmitter/Receiver Module(DTRM), which is an essential part in active phased-array radar systems, generates a high heat density, and needs to be properly cooled for stable operation. A tile-type DTRM that is a stacking structure of multi-layer components was modeled with simplification and heat dissipation characteristics of the DTRM model were studied using computational fluid dynamics(CFD) simulations. Most of the heat was dissipated by the heat conduction through the cold plate, but the heat transfer by the forced convection on top of the DTRM also was found to play an important role in the thermal management. Under the given conjugated heat transfer environment, the DTRM was confirmed to secure a stable operating temperature range.
Vortex-Induced-Vibration (VIV) is one kind of the wind-induced vibrations, which may occur in the construction and operation period of bridges. This phenomenon can bring negative effects to the traffic safety or can cause bridge fatigue damage and should be eliminated or controlled within safe amplitudes.In the current VIV studies, one available mitigation countermeasure, the horizontal flow-isolating plate, shows satisfactory performance particularly in PI shaped bridge deck type. Details of the wind tunnel test are firstly presented to give an overall description of this appendage and its control effect. Then, the computational-fluid-dynamics(CFD) method is introduced to investigate the control mechanism, using two-dimensional Large-Eddy-Simulation to reproduce the VIV process. The Reynolds number of the cases involved in this paper ranges from $1{\times}10^5$ to $3{\times}10^5$, using the width of bridge deck as reference length. A field-filter technique and detailed analysis on wall pressure are used to give an intuitive demonstration of the changes brought by the horizontal flow-isolating plate. Results show that this aerodynamic appendage is equally effective in suppressing vertical and torsional VIV, indicating inspiring application prospect in similar PI shaped bridge decks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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