Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.1
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pp.1-8
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2014
Two-dimensional laminar numerical analyses were carried out for investigating the thermo-hydraulic characteristics of wavy channels with different shape parameters ($0.5{\leq}{\in}{\leq}1.5$, $0.1{\leq}{\gamma}{\leq}0.4$). PAO (polyalphaolefin), which is used for electronics cooling, is considered as the working fluid. In addition, constant properties, periodically developed flow, and uniform channel wall temperature conditions are assumed. Streamline and temperature fields, isothermal Fanning friction factors, and Colburn factors are presented for different Reynolds numbers in the laminar region ($1{\leq}Re{\leq}1000$). The results show that heat transfer is enhanced when the channel corrugation ratio (${\gamma}$) is large and channel spacing ratio (${\in}$) is small in the low Reynolds number region (Re < 50) and when ${\in}$ and ${\gamma}$ are large in the high Reynolds number region ($Re{\geq}50$).
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2B
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pp.249-259
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2008
The present paper studies the effect of the slope gradient of a fully permeable submerged breakwater using a newly developed numerical model that is able to consider the flow through a porous midium with inertial, laminar and turbulent resistance terms, i.e. simulate directly WAve-Structure (submerged breakwater)-Sand seabed interaction and can determine the eddy viscosity with LES turbulence model in 2-Dimensional wave field (LES-WASS-2D). The developed model was validated through the comparison with an existing experimental data, and further used for various numerical experiments in oder to investigate the complicated hydrodynamics on the varying slope gradient of permeable submerged breakwater. We found an acceptable phenomenon, as we expect intuitively, that reflection and transmission coefficients decrease simultaneously as slope gradient decrease. In addition, the breaking point, the circulation flow and mean vorticity around a submerged breakwater are throughly discussed.
The multiphase flow simulator, CHEMPS, was developed based on the fractional flow approach reported in the petroleum engineering literature considering fully three phase flow in physically and chemically heterogeneous media. It is a extension of MPS developed by Suk and Yeh (2008) to include the effect of wettability on the migration of NAPL. The fractional flow approach employs water, total liquid saturation and total pressure as the primary variables. Most existing models are limited to two-phase flow and specific boundary conditions when considering physically heterogeneous media. In addition, these models focused mainly on the water-wet media. However, in a real system, variations in wettability between water-wet and oil-wet media often occur. Furthermore, the wetting of porous media by oil can be heterogeneous, or fractional, rather than uniform due to the heterogeneous nature of the subsurface media and the factors that affect the wettability. Therefore, in this study, the chemically heterogeneous media considering fractional wettability as well as physically heterogeneous media were simulated using CHEMPS. In addition, the general boundary conditions were considered to be a combination of two types of boundaries of individual phases, flux-type and Dirichlet type boundaries.
In general, stormwater flows to the road surface, especially in urban areas, and it is discharged through the drainage grate inlets on roads. The appropriate evaluation of the road drainage capacity is essential not only in the design of roads and inlets but also in the design of sewer systems. However, the method of road surface flow analysis that reflects the topographical and hydraulic conditions might not be fully developed. Therefore, the enhanced method of road surface flow analysis should be presented by investigating the existing analysis method such as the flow analysis module (uniform; varied) and the flow travel time (critical; fixed). In this study, the algorithm based on varied and uniform flow analysis was developed to analyze the flow pattern of road surface. The numerical analysis applied the uniform and varied flow analysis module and travel time as parameters were conducted to estimate the characteristics of rainfall-runoff in various road conditions using the developed algorithm. The width of the road (two-lane (6 m)) and the slope of the road (longitudinal slope of road 1 - 10%, transverse slope of road 2%, and transverse slope of gutter 2 - 10%) was considered. In addition, the flow of the road surface is collected from the gutter along the road slope and drained through the gutter in the downstream part, and the width of the gutter was selected to be 0.5 m. The simulation results were revealed that the runoff characteristics were affected by the road slope conditions, and it was found that the varied flow analysis module adequately reflected the gutter flow which is changed along the downstream caused by collecting of road surface flow at the gutter. The varied flow analysis module simulated 11.80% longer flow travel time on average (max. 23.66%) and 4.73% larger total road surface discharge on average (max. 9.50%) than the uniform flow analysis module. In order to accurately estimate the amount of runoff from the road, it was appropriate to perform flow analysis by applying the critical duration and the varied flow analysis module. The developed algorithm was expected to be able to be used in the design of road drainage because it was accurately simulated the runoff characteristics on the road surface.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.34
no.2
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pp.73-84
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1992
The TIDE, finite element model for the simulation of tidal flow in shallow sea was tested for its applicability at the Saemangeum area. Several pre and post processors were developed to facilitate handling of the complicated and large amount of input and output data for the model developed. Also an operation scheme to run the model and the processors were established. As a result of calibration test using the observed data collected at 9 points within the region, linearlized friction coefficients were adjusted to be ranged 0.0027~0.0072, and water depths below the mean sea level at every nodes were changed to be increased generally by 1 meter. Comparisons of tidal velocities between the observed and the simulated for the 5 stations were made and obtained the result that the average relative error between simulated and observed tidal velocities was 11% for the maximum velocities and 22% for the minimum, and the absolute errors were less than 0.2m/sec. Also it was found that the average R.M.S. error between the velocities of observed and simulated was 0.119 m/sec and the average correlation coefficient was 0.70 showing close agreement. Another comparison test was done to show the result that R.M.S. error between the simulated and the observed tidal elevations at the 4 stations was 0.476m in average and the correlation coefficients were ranged 0.96~0.99. Though the simulated tidal circulation pattern in the region was well agreed with the observed, the simulated tidal velocities and elevations for specific points showed some errors with the observed. It was thought that the errors mainly due to the characteristics of TIDE Model which was developed to solve only with the linearized scheme. Finally it was concluded that, to improve the simulation results by the model, a new attempt to develop a fully nonlinear model as well as further calibration and the more reasonable generation of finite element grid would be needed.
An analytical solution of dynamic responses for seabed in finite and infinite thicknesses including shallow has been developed under flow and partial standing wave with arbitrary reflection ration coexisting field at a constant water depth condition. In the analytical solution, a field was simply transited to a coexisting field of progressive wave and flow when reflection ratio was 0 and to a coexisting field of fully standing wave and flow when reflection ratio was 1. Based on the Biot's consolidation theory, the seabed was assumed as a porous elastic media with the assumptions that pore fluid is compressible and Darcy law governs the flow. The developed analytical solution was compared with the existing results and was verified. Using the analytical solution the deformation, pore pressure, effective and shear stresses were examined under various given values of reflection ratio, flow velocity, incident wave's period and seabed thickness. From this study, it was confirmed that the dynamic response of seabed was quite different depending on consideration of flow, which causes changing period and length of incident and reflection waves. It was also confirmed that dynamic response significantly depends on the magnitude of reflection ratio.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.1
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pp.165-173
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1997
The present study investigates heat/mass transfer for flow through perforated plates for application to combustor wall and turbine blade film cooling. The experiments are conducted for hole length to diameter ratios of 0.68 to 1.5, for hole pitch-to-diameter ratios of 1.5 and 3.0, for gap distance between two parallel perforated plates of 1 to 3 hole diameters, and for Reynolds numbers of 60 to 13, 700. Local heat/mass transfer coefficients near and inside the cooling holes are obtained using a naphthalene sublimation technique. Detailed knowledge of the local transfer coefficients is essential to analyze thermal stress in turbine components. The results indicate that the heat/mass transfer coefficients inside the hole surface vary significantly due to flow separation and reattachment. The transfer coefficient near the reattachment point is about four and half times that for a fully developed circular tube flow. The heat/mass transfer coefficient on the leeward surface has the same order as that on the windward surface because of a strong recirculation flow between neighboring jets from the array of holes. For flow through two perforated plate layers, the transfer coefficients on the target surface (windward surface of the second wall) affected by the gap spacing are approximately three to four times higher than that with a single layer.
This paper presents a fully coupled three-dimensional solver for the analysis of interaction between pulsatile flow and large deformation structure. A partitioned time marching algorithm is employed for the solution of the time dependent coupled discretised problem, enabling the use of highly developed, robust and well-tested solvers for each field. Conservative transfer of information at the fluid-structure interface is combined with an effective multi-predict-correct iterative scheme to enable implicit coupling of the interacting fields at each time increment. The three-dimensional unsteady incompressible fluid is solved using a powerful implicit time stepping technique and an ALE formulation for moving boundaries with second-order time accurate is used. A full spectrum of total variational diminishing (TVD) schemes in unstructured grids is allowed implementation for the advection terms and finite element shape functions are used to evaluate the solution and its variation within mesh elements. A finite element dynamic analysis of the highly deformable structure is carried out with a numerical strategy combining the implicit Newmark time integration algorithm with a Newton-Raphson second-order optimisation method. The proposed model is used to predict the wave flow fields of a particular flow-induced vibrational phenomenon, and comparison of the numerical results with available experimental data validates the methodology and assesses its accuracy. Another test case about three-dimensional biomedical model with pulsatile inflow is presented to benchmark the algorithm and to demonstrate the potential applications of this method.
The numerical methodology for computing tile impact forces and water entry behaviors of high speed water entry bodies was been developed. Since the present method assumed the impact occurs within a very short time interval. the viscous effects do not have enough time to play a significant role in the impact forces, that is, the flow around a water-entry object was assumed as an incompressible potential flow and is solved by the source panel method. The elements fully submerged into the water are routinely treated, but the elements intersected by the effective planar free surface are redefined and reorganized to be amenable to the source panel method. To validate the present code, it was applied to disk, cone and ogive model and compared with experimental data. Good agreement was obtained. The water entry behavior such as the bouncing phenomena from the free surface was also simulated using the impact forces and two degree of freedom dynamic equation. Physically acceptable results were obtained.
The convective heat transfer on the outer surface of tube arrays perpendicular to the flow direction was experimentally investigated. The test sections which include the aligned and staggered arrangements were made and the local heat transfer coefficients on the outer surface of the tube were measured after the Hour has been fully developed. The results showed that the local heat transfer coefficients of the staggered arrangement, which has transverse pitch of 0.075 m and longitudinal pitch of 0.08 m, were about 15% greater than that of the aligned arrangement. Also, the overall mom Nusselt number of the former was greater thu that of the latter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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