Lu, C.L.;Li, Q.S.;Huang, S.H.;Tuan, Alex Y.;Zhi, L.H.;Su, Sheng-chung
Wind and Structures
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v.23
no.4
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pp.313-350
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2016
Taipei 101 Tower, which has 101 stories with height of 508 m, is located in Taipei where typhoons and earthquakes commonly occur. It is currently the second tallest building in the world. Therefore, the dynamic performance of the super-tall building under strong wind actions requires particular attentions. In this study, Large Eddy Simulation (LES) integrated with a new inflow turbulence generator and a new sub-grid scale (SGS) model was conducted to simulate the wind loads on the super-tall building. Three-dimensional finite element model of Taipei 101 Tower was established and used to evaluate the wind-induced responses of the high-rise structure based on the simulated wind forces. The numerical results were found to be consistent with those measured from a vibration monitoring system installed in the building. Furthermore, the equivalent static wind loads on the building, which were computed by the time-domain and frequency-domain analysis, respectively, were in satisfactory agreement with available wind tunnel testing results. It has been demonstrated through the validation studies that the numerical framework presented in this paper, including the recommended SGS model, the inflow turbulence generation technique and associated numerical treatments, is a useful tool for evaluation of the wind loads and wind-induced responses of tall buildings.
The state of the art of the 2-stage swirl calciner is to make 2-stage counter gas flow in a calciner with cooler hot air. Gas flow in the calciner increases retention time of raw mix particles. Simple structure of the 2-stage swirl calciner operated optimally the rotary cement kiln. In this study, in order to decide the entrance type of the cooler air of the optimal calciner model, an entrance cooler air velocity, the input points of raw mix were analyzed in many aspects with cold model experiment and computational fluidized dynamic simulation. It was found that the entrance type of cooler air fully splite 2-stage for the optimal condition of the cold model calciner. The operation conditions were that the input feeding, the cooler air velocity and the air velocity of throat were 0.33kg/$\textrm m$3$, 15m/s and 20m/s respectively. The performance of 150 t/d the pilot plant connected with the kiln rising duct was that volume capacity of the calciner is over 430 kg/$\textrm m$3$-h, decarbonation rate of raw mix apparently 90%, heat consumption 950 kcal/kg-cli and retention time of raw mix 2.4 sec. Its the best operating condition is cooler air velocity 18m/s, the gas velocity of throat 25m/s, feeding rate of raw mix 10t/h. The operating experience of the pilot plant confirmed the success of scale up for over 3000 t-cli/d.
Hwang, Sung Ho;Moon, Chang Gook;Lee, Jong Sung;Kim, Tae Ho
Tribology and Lubricants
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v.34
no.3
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pp.107-114
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2018
This paper presents a computational model of a gas foil journal bearing with shim foils between the top foil and bumps, and predicts its static and dynamic performance. The analysis takes the previously developed simple elastic foundation model for the top foil-bump structure and advances it by adding foil models for the "shim foil" and "outer top foil." The outer top foil is installed between the (inner) top foil and bumps, and the shim foil is installed between the inner top foil and outer top foil. Both the inner and outer top foils have an arc length of $360^{\circ}$, but the arc length of the shim foil is shorter, which causes a ramp near its leading edge in the bearing clearance profile. The Reynolds equation for isothermal and isoviscous ideal gas solves the hydrodynamic pressure that develops within the bearing clearance with preloads due to the ramp. The centerline pressure and film thickness predictions show that the shim foil mitigates the peak pressure occurring at the loading direction, and broadens the positive pressure as well as minimum film thickness zones except for the shortest shim foil arc length of $180^{\circ}$. In general, the shim foil decreases the journal eccentricity, and increases the power loss, direct stiffness, and damping coefficients. As the shim foil arc length increases, the journal eccentricity decreases while the attitude angle, minimum film thickness, and direct stiffness/damping coefficients in the horizontal direction increase.
Park, Ji-Woong;Oh, Chang Bo;Han, Yong Shik;Do, Kyu Hyung
Journal of the Korean Society of Safety
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v.30
no.6
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pp.18-25
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2015
Computational study of a gravity current prior to the backdraft was conducted using fire dynamic simulator (FDS). Various initial conditions of mixture compositions and compartment temperature as well as four opening geometries (Horizontal, Door, Vertical, and Full opening) were considered to figure out their effects on the gravity current. The density difference ratio (${\beta}$) between inside and outside of compartment, the gravity current time ($t_{grav}$) and velocity ($v_{grav}$), and non-dimensional velocity ($v^*$) were introduced to quantify the flow characteristics of the gravity current. Overall fluid structure of the gravity current at the fixed opening geometry showed similar development process for different ${\beta}$ conditions. However, $t_{grav}$ for entering air to reach the opposed wall to the opening geometry increased with ${\beta}$. Door, Vertical, and Horizontal openings where openings are attached on the ground showed similar development process of the gravity current except for Horizontal opening, which located on the middle of the opening wall. The magnitude of $v_{grav}$ at fixed ${\beta}$ was, from largest to smallest, Full > Vertical > Door > Horizontal, but it depended on both the size and location of the opening. On the other hand, $v^*$ was found to be independent to ${\beta}$, and only depended on the geometry of the opening.
Vertical axis wind energy systems including 3 and 4 blades are numerically investigated in a two-dimensional (2D) computational domain. The power coefficient (Cp) is adopted to measure the efficiency of the system and the effect of the rotating velocity on the power coefficient is analyzed for the two different systems. The rotating velocity varies from 30 rad/s to 90 rad/s, which corresponds to the tip speed ratio (T.S.R) of 0.5 to 1.5. The torque exerted on the blades is mainly determined by the aerodynamic force in the x-direction and maximized when the blade is positioned at around θ = 186°. The efficiency of the 4-blade system is higher than that of the 3-blade system within the tip speed ratio range between 0.5 and 0.67, besides where the 3-blade system shows a better performance. For the 3-blade system, the maximum efficiency is reached to 0.082 at the tip speed ratio of 1.083. The maximum efficiency of the 4-blade system is 0.071 at T.S.R. = 0.92. The velocity fields in the x-direction, pressure fields, and the vorticity magnitude are analyzed in detail for the optimal cases of the 3- and 4-blades systems, respectively.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.2
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pp.141-153
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1987
The prediction of the exact behavior of multistory building is one of the most complicated problem encountered in structural engineering practice. An efficient computer method for the three dimensional analysis of building structures is presented in this paper. A multistory building is idealized as an assemblage of a series of rectangular plane frames interconnected by rigid floor diaphragms. The matrix condensation technique is employed for the reduction of degrees of freedom, which results in a significant saving in computational efforts and the required memory size. Kinematical approach was used to assemble condensed stiffness matrices of plane frames into a three dimensional stick model stiffness matrix. The static analysis follows the modified tridiagonal approach. Since this procedure utilizes the condensed stiffness matrix of the structure, the dynamic equations of motion for the story displacement are developed by assigning proper mass for each story. Analysis results of several example structures are compared to those obtained by using the well-known SAP IV for verification of the accuracy and efficiency of the computer program PFS which was developed utilizing the method proposed in this study. The analysis method proposed in this study can be used as an efficient and economical means for the analysis of multistory buildings.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.146-158
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1991
The flow around a two-dimensional foil section Is measured by a LDV(Laser Doppler Velocimetry) system which is capable of measuring the datailed flow field without interfering the original flow field. A 2-color 3-beam LDV system, which is capable of mea,;tiring 2 velocity components simultaneously and uses 2W Ar-Ion laser source, is used to measure the flow field around an NACA0012 foil section. The measured flow velocities are analysed iii order to study the boundary layer characteristics, flow separation and the detail structure of the flow near the trailing edge of the foil. The boundary layer characteristics are compared with the results by the head's momentum integral method. For the case of small angle of attack at relatively higher Reynolds number, both results show good agreements. The measured data of the velocity field around an NACA0012 foil section would be valuable data to validate the CFD(Computational Fluid Dynamic) calculation results. The developed experimental technique to evaluate the characteristics of two-dimensional foil sections is essential tool to develope new blade sections which have good lift characteristics and better cavitation performances.
Thunderstorm downbursts are responsible for numerous structural failures around the world. The wind characteristics in thunderstorm downbursts containing vortex rings differ with those in 'traditional' boundary layer winds (BLW). This paper initially performs an unsteady-state simulation of the flow structure in a downburst (modelled as a impinging jet with its diameter being $D_{jet}$) using a computational fluid dynamics (CFD) method, and then analyses the pressure distribution on a solar updraft tower (SUT) in the downburst. The pressure field shows agreement with other previous studies. An additional pair of low-pressure region and high-pressure region is observed due to a second vortex ring, besides a foregoing pair caused by a primary vortex ring. The evolutions of pressure coefficients at five orientations of two representative heights of the SUT in the downburst with time are investigated. Results show that pressure distribution changes over a wide range when the vortices are close to the SUT. Furthermore, the fluctuations of external static pressure distribution for the SUT case 1 (i.e., radial distance from a location to jet center x=$D_{jet}$) with height are more intense due to the down striking of the vortex flow compared to those for the SUT case 2 (x=$2D_{jet}$). The static wind loads at heights z/H higher than 0.3 will be negligible when the vortex ring is far away from the SUT. The inverted wind load cases will occur when vortex is passing through the SUT except on the side faces. This can induce complex dynamic response of the SUT.
In this paper, stress distribution for a structurally stable greenhouse is considered in the present paper with subsequent investigation into the detailed stress distribution contour with the variation of self-weight and wind pressure level designation method under wind velocity of less than 30 m/sec. For reliable analysis, wind pressure coefficients of a single greenhouse unit were modeled and compared with experiment with correlation coefficient greater than 0.99. Wind load level was designated twofold: direct mapping of fluid dynamic analysis and conversion of modeled results into wind pressure coefficients ($C_P$). Finally, design criteria of EN1991-1-4 and NEN3859 were applied in terms of their wind pressure coefficients for comparison. $C_P$ of CFD result was low in the most of the modeled area but was high only in the first roof wind facing and the last lee facing areas. Besides, structural analysis results were similar in terms of stress distribution as per EN and direct mapping while NEN revealed higher level of stress for the last roof area. The maximum stress levels are arranged in decreasing order of mapping, EN, and NEN, generating 8% error observed between the EN and mapping results under 30 m/sec of wind velocity. On the other hand, effect of dead weight on the stress distribution was investigated via variation of high stress position with wind velocity, confirming shift of such position from the center to the forward head wind direction. The sensitivity of stress for wind velocity was less than 0.8% and negligible at wind velocity greater than 20 m/sec, thus eliminating self-weight effect.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.10
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pp.83-92
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2019
A pump is considered to be submersible when a motor and a pump are integrated and operate while submerged in water. Submersible pumps mainly function as rejection pumps to prevent foods in densely populated areas, as cold water circulation pumps in large power plants, as pumps to supply irrigation water, as drainage pumps to prevent flooding of agricultural lands, as water supply intake pumps, and as inflow pumps for sewage treatment. The flow in such turbomachines (submersible pumps) inevitably involves various eddy currents. Since it is almost impossible to accurately grasp the complex three-dimensional flow structure and characteristics of a rotating turbomachine through actual testing, three-dimensional numerical analysis using computational fluid dynamics techniques measuring the flow field, velocity, and the pressure can be accurately predicted. In this study, the shape of the impeller was developed to reduce vibration and noise. This was done by increasing the efficiency of the existing submersible pump and reducing turbulence. In order to evaluate the pump's efficiency and turbulence reduction, we tried to analyze the flow using ANSYS Fluent V15.0, a commercial finite element analysis program. The results show that the efficiency of the pump was improved by 4.24% and the Reynolds number was reduced by 15.6%. The performance of a developed pump with reduced turbulence, vibration, and noise was confirmed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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