This paper deals with coupled electromagnetic-thermal field analysis for thermal fluid analysis of oil immersed power transformer. Electric power losses are calculated from electromagnetic field analysis and are used as input source of thermal field analysis based on computational fluid dynamics(CFD). Particularly, In order to accurately predict the temperature rise in oil immersed power transformer, the thermal problem should be coupled with the electromagnetic problem. Moreover, to reduce analysis region, the heat transfer coefficient is applied to boundary surface of the power transformer model. The coupling method results are compared with the experimental values for verifying the validity of the analysis. The predicted temperature rises show good agreements with the experimental values.
With the advent of high performance computers and more efficient numerical algorithms, computational fluid dynamics(CFD) has come out as a modem alternative for reducing the use of wind tunnels test in automotive engineering. However, in spite of the fact that many competent researchers have made all their talents in developing turbulence model over since the past dozen or more years, it has been an important impediment in using the CFD effectively to design machinery and to diagnose or to improve engineering problems in the industry since the turbulence model has been acting as the Achilles' tendon in aspect of the reliability even to this time. In this study, Reynolds-averaged Wavier-Stokes equations were solved to simulate an incompressible turbulent flow around a bus-like bluff body near ground plane. In order to investigate the effect of the discretisation schemes and turbulence model on the aerodynamic forces several turbulence models with five convective difference schemes are adopted. From the results of this study, it is clear that choice of turbulence model and discretisation scheme profoundly affects the computational outcome. The results also show that the adoption of RNG $k-\varepsilon$ turbulence model and nonlinear quadratic turbulence model with the second order accurate discretisation scheme predicts fairly well the aerodynamic coefficients.
The effects of an apartment complex on flow and pollutant dispersion in an urban area are numerically investigated using a computational fluid dynamics (CFD) model. The CFD model is based on the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and includes the renormalization group k-${\varepsilon}$ turbulence model. The geographic information system (GIS) data is used as an input data of the CFD model. Eight numerical simulations are carried out for different inflow directions and, for each inflow direction, the effects of an apartment complex are investigated, comparing the characteristics of flow and dispersion before and after construction of the apartment complex in detail. The observation data of automatic weather system (AWS) is analyzed. The windrose analysis shows that the wind speed and direction after the construction of the complex are quite different from those before the construction. The construction of the apartment complex resulted in the decrease in wind speed at the downwind region. It is also shown that the wind speed increased partially inside the apartment complex due to the channeling effect to satisfy the mass continuity. On the whole, the wind speed decreased at the downwind region due to the drag effect by the apartment complex. As a result, the passive pollutant concentration increased (decreased) near the downwind region of (within) the apartment complex compared with that before the construction.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권2호
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pp.269-281
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2014
This paper examines the suitability of using the Computational Fluid Dynamics (CFD) tools, ANSYS-CFX, as an initial analysis tool for predicting the drag and propulsion performance (thrust and torque) of a concept underwater vehicle design. In order to select an appropriate thruster that will achieve the required speed of the Underwater Disk Robot (UDR), the ANSYS-CFX tools were used to predict the drag force of the UDR. Vertical Planar Motion Mechanism (VPMM) test simulations (i.e. pure heaving and pure pitching motion) by CFD motion analysis were carried out with the CFD software. The CFD results reveal the distribution of hydrodynamic values (velocity, pressure, etc.) of the UDR for these motion studies. Finally, CFD bollard pull test simulations were performed and compared with the experimental bollard pull test results conducted in a model basin. The experimental results confirm the suitability of using the ANSYS-CFX tools for predicting the behavior of concept vehicles early on in their design process.
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.
In this study, the design and verification of 6kW class lift-type vertical-axis wind turbine (VAWT) has been conducted using advanced CAE technique based on computational fluid dynamics (CFD), finite element method (FEM), and computational structural dynamics (CSD). Designed aerodynamic performance of the VAWT model is tested using unsteady CFD method. Designed structural safety is also tested through the evaluation of maximum induced stress level and resonance characteristics using FEM and CSD methods. It is importantly shown that the effect of master eccentricity due to rotational inertia needs to be carefully considered to additionally investigate dynamic stress and deformation level of the designed VAWT system.
Catalytic reactors have been essential for chemical engineering process, and different designs of reactors in multi-scales have been previously studied. Computational fluid dynamics (CFD) utilized in reactor designs have been gaining interest due to its cost-effective advantage in designing the actual reactors before its construction. In this work, butadiene synthesis via oxidative dehydrogenation (ODH) of n-butene using tubular reactor was used as a case study in the CFD model. The effects of coolant and reactor diameter were investigated in assessing the reactor performance. Based on the results of the CFD model, the conversion and selectivity were 86.5% and 59.5% respectively in a fixed bed reactor under adiabatic condition. When coolants were used in a tubular reactor, reactor temperature profiles showed that solar salt had lower temperature gradients inside the reactor than the cooling water. Furthermore, higher conversion (90.9%) and selectivity (90.5%) were observed for solar salt as compared to the cooling water (88.4% for conversion and 86.3% for selectivity). Meanwhile, reducing the reactor diameter resulted in smaller temperature gradients with higher conversion and selectivity.
Objective : The objective of this study was to analyze patient-specific blood flow in ruptured aneurysms using obtained non-Newtonian viscosity and to observe associated hemodynamic features and morphological effects. Methods : Five patients with acute subarachnoid hemorrhage caused by ruptured posterior communicating artery aneurysms were included in the study. Patients' blood samples were measured immediately after enrollment. Computational fluid dynamics (CFD) was conducted to evaluate viscosity distributions and wall shear stress (WSS) distributions using a patient-specific geometric model and shear-thinning viscosity properties. Results : Substantial viscosity change was found at the dome of the aneurysms studied when applying non-Newtonian blood viscosity measured at peak-systole and end-diastole. The maximal WSS of the non-Newtonian model on an aneurysm at peak-systole was approximately 16% lower compared to Newtonian fluid, and most of the hemodynamic features of Newtonian flow at the aneurysms were higher, except for minimal WSS value. However, the differences between the Newtonian and non-Newtonian flow were not statistically significant. Rupture point of an aneurysm showed low WSS regardless of Newtonian or non-Newtonian CFD analyses. Conclusion : By using measured non-Newtonian viscosity and geometry on patient-specific CFD analysis, morphologic differences in hemodynamic features, such as changes in whole blood viscosity and WSS, were observed. Therefore, measured non-Newtonian viscosity might be possibly useful to obtain patient-specific hemodynamic and morphologic result.
In this study, propeller open water characteristics ($K_P$, $K_T$ and ${\eta}_o$) were compared for three different ducted propellers using a Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis, as well as an experimental test at a basin. The best shape of the duct was selected from the three types of specially designed ducts based on the CFD analysis results. The same propeller model (Kaplan type propeller) was used inside all three duct models, and the propeller open water characteristics were compared, predominantly at the design speed for an underwater vehicle. Finally, the results of the CFD test simulations for the selected duct case were verified by experimental open water tests in a towing tank.
Hyeonsil Choi;Soo Yeon Kwon;Sang-Hyun Kim;In-Tae Kim
한국해양공학회지
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제37권4호
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pp.129-136
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2023
To evaluate manoeuvring performance of merchant ships, the mathematical modeling group (MMG) or computational fluid dynamics (CFD) simulations are used. However, it is difficult to use the MMG to evaluate the manoeuvring performance of fishing vessels, thus research using CFD simulations is necessary. Also, since the course-changing and turning ability is crucial in fishing operations, a rudder design suitable for fishing vessels is necessary. This study designs a rudder using National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) airfoil sections and evaluates its manoeuvring performance. A CFD model is used to evaluate the manoeuvring performance of the fishing vessel, and turning and zig-zag tests are conducted. The effectiveness of using CFD simulations based on Reynolds averaged Navier-Stokes equations to assess the manoeuvring performance of fishing vessels was validated. No significant difference was found in the manoeuvring performance for hull forms and rudder designs for course-changing ability. However, the original hull form showed superior turning performance. Among five rudders with varying aspect ratios and shapes, the rudder with 5.5% aspect ratio had the best turning performance. Regarding the rudder design for fishing vessels, NACA airfoil was employed, and a rudder aspect ratio of 5.5% based on the immersed hull side area is recommended.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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