Yeo, Hong Koo;Park, Moonhyeong;Kang, Joon Gu;Kim, Taewook
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.7
no.6
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pp.61-74
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2004
Hydraulic engineers and scientists working on river restoration recognize the need for a deeper understanding of natural streams as a complex and dynamic system, which involves not only abiotic elements(flow, sediments) but also biotic components. From this point of view, the role played by riverine vegetation dynamics and flow conditions becomes essential. Hydro-mechanic interaction between flow and flexible plants covering a river bed is studied in this paper and some previous works are discussed. Measurements of turbulence and flow resistance in vegetated open channel were performed using rigid and flexible tube. Measuring detailed turbulent velocity profiles within and above submerged and flexible stems allowed to distinguish different turbulent regimes. Some interesting relationships were obtained between the velocity field and the deflected height of the plants, such as a reduced drag coefficient in the flexible stems. Turbulent intensities and Reynolds stresses were measured showing two different regions : above and inside the vegetation domain. In flexible vegetated open channel, the maximum values of turbulent intensities and Reynolds stresses appear above the top of canopy. Method to predict a flow resistance in flexible vegetated open channel is developed by modifying an analytical model proposed by Klopstra et al. (1997). Calculated velocity profiles and roughness values correspond well with flume experiments. These confirm the applicability of the presented model for open channel with flexible vegetation. The new method will be verified in the real vegetated conditions in the near future. After these verifications, the new method should be applied for nature rehabilitation projects such as river restorations.
The objectives of this study are to analyze flow characteristics for a side weir, which is an inlet structure for flow discharge reduction in the main channel through 3 dimensional numerical analysis and to understand the efficiency of the overflow effect at the side weir. In this study over 40 simulations using FLOW-3D, a computational fluid dynamics program were conducted, and the results were analyzed to find the influence of the flow hydraulics, geometry, channel and weir shapes on the coefficient. It is especially considered the relatively high stage in downstream that may cause flow within channel to be backed up along the channel. Additionally by setting up the scale of simulations much larger than the existing test equipment designed by other researchers, it is intended to analyze more accurate hydraulic behavior along with the realistic hydraulic features such as structures and volumes of flow. The results show that for design with subcritical flow only if the Froude number of upstream is sustained below 0.5 and the length of weir is 33-100% of the width of channel, it is expected to improve the efficiency of the overflow over a side weir.
The present study numerically simulates the flow and heat transfer characteristics of rib-induced secondary flow in a square cooling channel with staggered V-shaped ribs, extruded on both walls. The rib pitch-to-height ratio (p/h) varies from 2.8 to 10 with the rib-height-to-hydraulic diameter ration (h/$D_h$)of 0.07 and the Reynolds number of 50,000. Shear stress transport (SST) turbulence model is used as a turbulence model. Computational results show that complex secondary flow patterns are generated in the channel due to the snaking flow in the streamwise direction for all tested cases. In the range of p/h=5 to 10 the staggered V-shaped rib gives about 3 times higher heat transfer augmentation than the reference smooth pipe with high heat transfer on both front side and the area around the leading edge of the ribs, while the former cases give about 18 times higher streamwise pressure drop than the latter ones. However, for the thermal performances, based on the equal pumping power condition, the case of p/h=2.8 gives the best result among three cases, mainly due to relatively low streamwise pressure drop, although it gives relatively low heat transfer augmentation.
The present study numerically simulates the flow and heat transfer characteristics of rib-induced secondary flow in a cooling channel with staggered V-shaped ribs, extruded on both walls. The rib pitch-to-height ratio (p/h) varies from 2.8 to 10 with the rib-height-to-hydraulic diameter ration ($h/D_h$) of 0.07 and the Reynolds number of 50,000. Shear stress transport (SST) turbulence model is used as a turbulence model. Computational results show that complex secondary flow patterns are generated in the duct due to the snaking flow in the streamwise direction for all tested cases. In the range of p/h=5 to 10 the staggered V-shaped rib gives about 3 times higher heat transfer augmentation than the reference smooth channel with high heat transfer on both front side and the area around the leading edge of the ribs, while the former cases give about 2.5 times higher streamwise pressure drop than the latter ones. Consequently, for the thermal performances, based on the equal pumping power condition, the staggered ones give about 2 times higher values than the latter ones with more uniform heat transfer distribution.
The flow characteristics on the periodically arranged semi-circular ribs in a rectangular channel for turbulent flow have been investigated numerically. The aspect ratio of the rectangular channel was AR=5, the rib height to hydraulic diameter ratio was 0.07 and rib height to channel height ratio was e/H=0.117. The v2-f turbulence model and SST k-${\omega}$ turbulence model were used to find the flow characteristics of near the wall which are suited for realistic phenomena. The numerical analysis results show turbulent flow characteristics and pressure drop at the near the wall as observed experimentally. The results predict that turbulent kinetic energy(k) is closely relative to the diffusion of recirculation flow, and v2-f turbulence model simulation results have a good agreement with experimental.
TMixed convective flow in a bottom heated and top cooled rectangular channel can be significantly affected by the channel aspect ratio, Prandtl number, Reynolds number, Rayleigh number and angle of inclination. In such a mixed convection, the flow pattern plays an important role in various technological processes. In this study, a numerical investigation is carried out to explore mixed convection in a three-dimensional rectangular channel with bottom heated and top cooled uniformly. The three-dimensional governing equations are discretized using the finite volume method. In the range of low Reynolds number($0{\leq}Re{\leq}9.6{\times}10^{-2}$), the effects of the aspect ratio($2{\leq}AR{\leq}12$) and Gr/Re are presented and discussed. The longitudinal roll number in the channel is increased with increasing aspect ratio, and the roll number induced, regardless of the aspect ratio number, is even in the range of aspect ratios between 2 and 12, New vortex flow structure containing inclined longitudinal rolls is found, which is affected by aspect ratio and Reynolds number. The ratio Gr/Re is used to check the relative magnitudes of forced and natural convection in the mixed convective flow of high viscous fluid.
The investigation of the fuel cladding temperature behavior and heat transfer mechanism during the reflooding phase of a LOCA plays an important role in performance evaluation of ECCS and safety analysis of water reactors. Reflooding experiments were performed with horizontal and vertical flow channels to investigate the effect of coolant flow channel orientation on rewetting process. Emphasis was mainly placed on the CANDU reactor which has horizontal pressure tubes in core, and the results were compared with those of vertical channel. Also to investigate the rewetting process visually, the experiments by using a rod in annulus and a quartz tube heated outside were performed. It can be concluded that the rewetting velocity in horizontal flow channel is clearly affected by flow stratification, however, the average rewetting velocity is similar to those in vertical flow channel for same conditions.
We present a finite difference solution for electrokinetic flow in rectangular microchannels encompassing Navier's fluid slip phenomena. The externally applied body force originated from between the nonlinear Poisson-Boltzmann field around the channel wall and the flow-induced electric field is employed in the equation of motion. The basic principle of net current conservation is applied in the ion transport. The effects of the slip length and the long-range repulsion upon the velocity profile are examined in conjunction with the friction factor. It is evident that the fluid slip counteracts the effect by the electric double layer and induces a larger flow rate. Particle streak imaging by fluorescent microscope and the data processing method developed ourselves are applied to straight channel designed to allow for flow visualization of dilute latex colloids underlying the condition of simple fluid. The reliability of the velocity profile determined by the flow imaging is justified by comparing with the finite difference solution. We recognized the behavior of fluid slip in velocity profiles at the hydrophobic surface of polydimethylsiloxane wall, from which the slip length was evaluated for different conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.4
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pp.349-354
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2010
Fuel cells have attracted enormous interest as new power sources because the cells can be used to solve the problem of environmental pollution as well as the natural-resource exhaustion problem. In this study, hydrogen-gas flow in microchannels of different shapes was numerically analyzed to improve the efficiency of a microfuel cell. Flow characteristics in six microchannels of different shapes but under identical boundary conditions were simulated. The analysis result shows that the flow characteristics such as velocity, uniformity, and flow rate, greatly depend upon the channel shape. This implies that the efficiency of microfuel cell can be expected to be increased by adopting the optimal configuration of channel shape for hydrogen-gas flow. The experimental results show that power density of a PEMFC with a microflow channel is higher than that of a PEMFC without a microflow channel; however, a durable catalyst is required in MEA.
This present study conducted the impact of the restoration of low-flow channel on fish habitat in a reach of the Wonju Stream, Korea. The target species were Zacco koreanus, a dominant species in the middle- and upper-stream of Wonju Stream. The River2D model was used for the computation of the flow and the habitat suitability index model was used to estimate the quantity and quality of fish habitat using habitat suitability curves. In order to restore the study area, the low-flow channel was identified through the bankfull discharge of the study reach, and the best hydraulic section was designed. In addition, various restoration techniques were applied to the low-flow channel through rocks, pool/riffle structures, and the change of the channel width. Simulation results indicated that the restoration of the best hydraulic section effects decreased habitat suitability for the target species. However, when various restoration techniques were applied, the WUA (Weighted Usable Area) was improved by about 11%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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