The flying wing configuration with high sweep angles and rounded leading edge represent a complex flow of structures by the leading edge vortex. For control of the tailless flying wing configuration with unstable directional stability, flaperon is used. In this study, we conducted numerical simulations for a non-slender flying wing configuration with a rounded leading edge and analyzed the effect of the sideslip angle and flaperon. Through aerodynamic coefficient analysis, it was found that the effect of AoS on lift and drag coefficient was minimal and the side force and moment coefficient were markedly influenced by AoS. As the sideslip angle increased, the pitch break, which is related to the pitching moment coefficient, was delayed. Through stability analysis, the directional and lateral static stability of the flying wing configuration were increased by flaperon. Also, the structure and behavior of the leading edge vortex were analyzed by observing the contour of the pressure coefficient and the skin friction line.
In this paper we describe current activities on the project Multi-Scale Modeling and Analysis of convective boiling (MSMA), conducted jointly by the Paul Scherrer Institute (PSI) and the Swiss Nuclear Utilities (Swissnuclear). The long-term aim of the MSMA project is to formulate improved closure laws for Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations for prediction of convective boiling and eventually of the Critical Heat Flux (CHF). As boiling is controlled by the competition of numerous phenomena at various length and time scales, a multi-scale approach is employed to tackle the problem at different scales. In the MSMA project, the scales on which we focus range from the CFD scale (macro-scale), bubble size scale (meso-scale), liquid micro-layer and triple interline scale (micro-scale), and molecular scale (nano-scale). The current focus of the project is on micro- and meso-scales modeling. The numerical framework comprises a highly efficient, parallel DNS solver, the PSI-BOIL code. The code has incorporated an Immersed Boundary Method (IBM) to tackle complex geometries. For simulation of meso-scales (bubbles), we use the Constrained Interpolation Profile method: Conservative Semi-Lagrangian $2^{nd}$ order (CIP-CSL2). The phase change is described either by applying conventional jump conditions at the interface, or by using the Phase Field (PF) approach. In this work, we present selected results for flows in complex geometry using the IBM, selected bubbly flow simulations using the CIP-CSL2 method and results for phase change using the PF approach. In the subsequent stage of the project, the importance of effects of nano-scale processes on the global boiling heat transfer will be evaluated. To validate the models, more experimental information will be needed in the future, so it is expected that the MSMA project will become the seed for a long-term, combined theoretical and experimental program.
Kim, Young-Shik;Kim, Jin-Ha;Kang, Kuk-Jin;Han, Solyoung;Kim, Jinwhan
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.32
no.6
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pp.411-418
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2018
This paper introduces a new method of ice load generation in the time domain for the station-keeping performance evaluation of Arctic offshore structures. This method is based on the ice load spectrum and mean ice load. Recently, there has been increasing interest in Arctic offshore technology for the exploration and exploitation of the Arctic region because of the better accessibility to the Arctic ocean provided by the global warming effect. It is essential to consider the ice load during the development of an Arctic offshore structure. In particular, when designing a station-keeping system for an Arctic offshore structure, a consideration of the ice load acting on the vessel in the time domain is essential to ensure its safety and security. Several methods have been developed to consider the ice load in the time domain. However, most of the developed methods are computationally heavy because they consider every ice floe in the sea ice field to calculate the ice load acting on the vessel. In this study, a new approach to generate the ice load in the time domain with computational efficiency was suggested, and its feasibility was examined. The ice load spectrum and mean ice load were acquired from a numerical analysis with GPU-event mechanics (GEM) software, and the ice load with the varying heading of a vessel was reconstructed to show the feasibility of the proposed method.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.10
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pp.677-690
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2022
By using an actuator disk method based flow solver, aerodynamic analysis is carried out for a dual ducted fan aircraft, which is one of the VTOL compound aircrafts, and its associated ground effect is analyzed. The characteristics and accuracy of the solver for ground effect analysis is evaluated through a comparison with the results obtained from the sliding mesh technique. The aerodynamic performance and flow field characteristics with respect to the distance from the ground are analyzed. As the ground distance decreases, the fan thrust increases, but the deterioration of total normal force and hovering flight efficiency is identified owing to the decrease in the vertical force of the duct, fuselage, and wing. By examining the flow field in the bottom of the fuselage, the ground vortices and fountain flow generated by the interaction of the fan wake and ground are identified, and their influence on the aerodynamic performance is analyzed. The strength and characteristics of outwash with respect to the ground distance and azimuth direction are analyzed through comparison/examination of velocity profile. Influence of the ground effect with respect to collective pitch angle is also identified.
Kim, JinKyu;Kim, Hyoung-Tae;Kim, Hee-Taek;Lee, Hee-Dong
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.3
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pp.158-166
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2021
In this paper, a numerical analysis technique using a body force model is investigated to estimate the available net thrust of multi-pod-driven ice-breaking vessels under bollard pull and overload conditions. To employ the body force model in present flow simulations, drag and thrust components acting on the pod unit are calculated by using Propeller Open Water (POW) test data. The available net thrusts according to the direction of operation are evaluated in both bollard pull and overload conditions under deep water. The simulation results are compared with the model test data. The available net thrusts, calculated by the present analysis for ahead operating modes at 3~6 knots which are typical speeds of the target vessel in arctic field, are agreed well with the model test results. It is also found that the present result for astern operating mode appears approximately 6 % larger than the model test result. In addition, the available net thrusts are calculated under the both operating conditions accompanied by shallow water effects, and the main cause of the difference is studied. Based on the result of the present study, it is confirmed that the body force model can be applied to the performance evaluation of multi-pod propulsion system and the main engine selection in early design stage of the vessel.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.10
no.2
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pp.531-536
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2024
Control drones, which are recently classified as smart agricultural machines in the agricultural field, are striving to build smart control and automatic control systems by combining hardware and software in order to shorten working hours and increase the effectiveness of control in the aging era of rural areas. In this paper, the characteristics of the nozzle dedicated to the control drone were analyzed as a basic study for the establishment of management control and automatic control systems. In order to consider various variables such as the type of various drone models, controller, wind, flight speed, flight altitude, weather conditions, and UAV pesticide types, related studies are needed to be able to present the drug spraying criteria in consideration of the characteristics and versatility of the nozzle. Therefore, to enable the consideration of various variables, flow analysis (CFD) simulation was conducted based on the self-designed nozzle, and the theoretical and experimental values of the droplet distribution were compared and analyzed through water reduction experiments. In the future, we intend to calculate accurate scattering in consideration of various variables according to drone operation and use it in management control and automatic control systems.
This research explores a new finite element model for the free vibration analysis of bi-directional functionally graded (BDFG) beams. The model is based on an efficient higher-order shear deformation beam theory that incorporates a trigonometric warping function for both transverse shear deformation and stress to guarantee traction-free boundary conditions without the necessity of shear correction factors. The proposed two-node beam element has three degrees of freedom per node, and the inter-element continuity is retained using both C1 and C0 continuities for kinematics variables. In addition, the mechanical properties of the (BDFG) beam vary gradually and smoothly in both the in-plane and out-of-plane beam's directions according to an exponential power-law distribution. The highly elevated performance of the developed model is shown by comparing it to conceptual frameworks and solution procedures. Detailed numerical investigations are also conducted to examine the impact of boundary conditions, the bi-directional gradient indices, and the slenderness ratio on the free vibration response of BDFG beams. The suggested finite element beam model is an excellent potential tool for the design and the mechanical behavior estimation of BDFG structures.
The selective catalytic reduction system is a highly effective technique for the denitrification of the flue gases emitted from the industrial facilities. The distribution of mixing ratio between ammonia and nitrogen oxide at the inlet of the catalyst layers is important to the efficiency of the de-NOx process. In this study, computational analysis tools have been applied to improve the uniformity of NH3/NO molar ratio by controlling the flow rate of the ammonia injection nozzles according to the distribution pattern of the nitrogen oxide in the inlet flue gas. The root mean square of NH3/NO molar ratio was chosen as the optimization parameter while the design of experiment was used as the base of the optimization algorithm. As the inlet conditions, four (4) types of flow pattern were simulated; i.e. uniform, parabolic, upper-skewed, and random. The flow rate of the eight nozzles installed in the ammonia injection grid was adjusted to the inlet conditions. In order to solve the two-dimensional, steady, incompressible, and viscous flow fields, the commercial software ANSYS-FLUENT was used with the k-𝜖 turbulence model. The results showed that the improvement of the uniformity ranged between 9.58% and 80.0% according to the inlet flow pattern of the flue gas.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.14
no.4
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pp.77-91
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2011
This study tries to find a streambed scouring and sedimentation characteristics through the Rosgen(1994)'s stream classification system while experiencing several flood events. The Jinwee and Osan streams, the tributaries of Anseongcheon were selected. The streams showed type C or type E. By the classification results, two Type C tributaries one Type C stream and one Type E tributary were selected. For the four selected stream reaches, the analysis of streambed change was implemented by using numerical model CCHE2D (Center for Computational Hydroscience and Engineering). To prepare the inlet boundary conditions of each stream, the WMS (Watershed Modeling System) HEC-1 was used and the streamflows of 50, 80, and 100-year return period were generated and the outlet boundary was set to an open boundary condition. The simulation results showed that when the flood pulse periodically the streambed changes also appears regularly. The results can be used to acquire the basic data for stream restoration.
Kim, Sitae;Jung, Kihyun;Lee, Junho;Park, Kihyun;Yang, Kwangjin
Tribology and Lubricants
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v.36
no.2
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pp.105-115
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2020
This paper presents a numerical study on the rotordynamic analysis of a dual-spool turbofan engine in the context of blade defect events. The blades of an axial-type aeroengine are typically well aligned during the compressor and turbine stages. However, they are sometimes exposed to damage, partially or entirely, for several operational reasons, such as cracks due to foreign objects, burns from the combustion gas, and corrosion due to oxygen in the air. Herein, we designed a dual-spool rotor using the commercial 3D modeling software CATIA to simulate blade defects in the turbofan engine. We utilized the rotordynamic parameters to create two finite element Euler-Bernoulli beam models connected by means of an inter-rotor bearing. We then applied the unbalanced forces induced by the mass eccentricities of the blades to the following selected scenarios: 1) fully balanced, 2) crack in the low-pressure compressor (LPC) and high pressure compressor (HPC), 3) burn on the high-pressure turbine (HPT) and low pressure compressor, 4) corrosion of the LPC, and 5) corrosion of the HPC. Additionally, we obtained the transient and steady-state responses of the overall rotor nodes using the Runge-Kutta numerical integration method, and employed model reduction techniques such as component mode synthesis to enhance the computational efficiency of the process. The simulation results indicate that the high-vibration status of the rotor commences beyond 10,000 rpm, which is identified as the first critical speed of the lower speed rotor. Moreover, we monitored the unbalanced stages near the inter-rotor bearing, which prominently influences the overall rotordynamic status, and the corrosion of the HPC to prevent further instability. The high-speed range operation (>13,000 rpm) coupled with HPC/HPT blade defects possibly presents a rotor-case contact problem that can lead to catastrophic failure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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