Creatures in nature flap their wings to generate fluid dynamic forces that are required for the locomotion. Small-size creatures do not use flapping wings. Thus, it is questionable at which Reynolds number the propulsion using the flapping wings are effective. In this paper, the onset conditions of the thrust generation from the combined motion of flat plates (heaving, pitching in the motion and also tandem, biplane in the array) is investigated using a Lattice Boltzmann method. To solve the pitching motion of the plate on the regularly spaced lattices, 2-D moving boundary condition was implemented. The present method is validated by comparing the wake patterns behind a oscillating circular cylinder and its hydrodynamic characteristics with the CFD results. Present method can be applied to the design of micro flapping propulsors for biomedical use.
The surface temperature at the interface of bodies in a sliding contact is one of the most important factors influencing the behavior of machine components. The calculation of the surface temperature at a sliding contact interface has been an interesting and important subject for tribologist. Temperature analyses were usually performed under the consideration contacted two bodies as semi-infinite. But the analysis was difficulty in being applied to finite body and considering the boundary condition. In this study, contact temperature rise of two finite bodies and surfaces due to frictional heating under the rectangular and the circular sliding contact is calculated. Heat partition factor is calculated using semi-infinite solid analysis and the temperature of the finite bodies is calculated using FVM. It will be shown that Most frictional heat in the fore part of contact region for sliding direction is conducted into body that has a moving heat source and the site of the maximum temperature rise moves to the opposite direction of sliding during sliding.
The prediction of fretting wear is a significant issue for the design of contacting mechanical components such as flexible couplings and splines, jointed structures and so on. In our earlier study, we developed a numerical model to predict the fretting wear using boundary element method. The developed algorithm needs experimental fretting wear coefficients and friction coefficients between two moving materials to get more reliable results. In this study, therefore, we demonstrated the measurement method of the fretting wear coefficients and friction coefficients using disk on plate tribometer with piazo actuator and gap sensor. For four different material combinations, the fretting wear coefficients and friction coefficients are acquired through the fretting wear experiment and the analysis of the measured values. Thess results are useful to predict the quantative fretting wear rate in the developed algorithm.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제13권1호
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pp.31-40
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2009
In the present work transformation of dimensionless heat diffusion equation for the solution of moving boundary problems have been formulated. The formulation is based on 1-D, 2-D and 3-D, unsteady heat diffusion equations. These equations are rst turned int dimensionless form by using dimensionless quantities and their transformation was formulated in liquid and solid phases. The salient feature of this work is that during the transformation of dimensionless heat diffusion equation there arises a convective term $\tilde{v}$ which is responsible for the motion of interface in liquid as well as solid phase. In the transformed heat equation, a correction factor $\beta$ also arises naturally which gives the correct transformed flux at interface.
The paper focuses on the integration of a non-linear one-dimensional model of Synthetic Jet (SJ) actuator in a well-assessed numerical simulation method for turbulent compressible flows. The computational approach is intended to the implementation of a numerical tool suited for flow control simulations with affordable CPU resources. A strong compromise is sought between the use of boundary conditions or zero-dimensional models and the full simulation of the actuator cavity, in view of long-term simulation with multiple synthetic jet actuators. The model is integrated in a multi-domain numerical procedure where the controlled flow field is simulated by a standard CFD method for compressible RANS equations, while flow inside the actuator is reduced to a one-dimensional duct flow with a moving piston. The non-linear matching between the two systems, which ensures conservation of the mass, momentum and energy is explained. The numerical method is successfully tested against three typical test cases: the jet in quiescent air, the SJ in cross flow and the flow control on the NACA0015 airfoil.
Predicting the fire resistance of structures has been significantly advanced by full scale fire tests in conjunction with improved understanding of compartmental fire. Despite the progress, application of insulation is still required to parts of structural steelwork to achieve over 60 minutes of fire rating. It is now recognised that uncertainties on insulation properties hinder adaptation of performance based designs for different types of structures. Intumescent coating has recently appeared to be one of most popular insulation types for steel structures, but its design method remains to be confirmed by empirical data, as technical difficulties on the determination of the material properties at elevated temperatures exist. These need to take into account of further physiochemical transitions such as moving boundary and endothermic reaction. The impetus for this research is to investigate the applicability of the conventional differential equation solution which examines the temperature rise on coated steel members by an inorganic intumescent coating, provided that the temperature-dependent thermal/mechanical insulation properties are experimentally defined in lab scale tests.
고체추진기관의 연소 환경에서 노즐 조립체의 온도, 삭마두께를 고려한 2차원 축대칭 열구조 해석을 하였다. 복합재료의 내부 열반응은 Arrhenius 모델을 이용하였으며, 표면 삭마반응은 Zvyagin 이론을 사용하였다. 표면 삭마에 의한 경계조건 및 격자 이동은 상용해석 코드에서 활용되는 Rezoning-remeshing 기법을 사용하였다. 형상이 복잡한 부품으로 이루어진 2차원 축대칭 노즐 조립체에 적용된 방법은 향후 3차원 FEM 열구조 해석에 활용을 목표로 발전될 것이다.
In this paper, free vibration, forced vibration, resonance and stress wave propagation behavior in nanocomposite plates reinforced by wavy carbon nanotube (CNT) are studied by a mesh-free method based on first order shear deformation theory (FSDT). The plates are resting on Winkler-Pasternak elastic foundation and subjected to periodic or impact loading. The distributions of CNTs are considered functionally graded (FG) or uniform along the thickness and their mechanical properties are estimated by an extended rule of mixture. In the mesh-free analysis, moving least squares (MLS) shape functions are used for approximation of displacement field in the weak form of motion equation and the transformation method is used for imposition of essential boundary conditions. Effects of CNT distribution, volume fraction, aspect ratio and waviness, and also effects of elastic foundation coefficients, plate thickness and time depended loading are examined on the vibrational and stresses wave propagation responses of the nanocomposite plates reinforced by wavy CNT.
Computational fluid dynamics(CFD) analysis of the thermal flow in a municipal solid waste(MSW) incinerator combustion chamber provides crucial insight on the incinerator performance. However, the combustion of the waste bed is typically treated as an arbitrarily selected profile of combustion gas. A strategy for simultaneous simulation of the waste bed combustion and the thermal flow fields in the furnace chamber was introduced to substitute the simple inlet condition. A waste bed combustion model was constructed to predict the progress of combustion in the bed and corresponding generation of the gas phase species, which assumes the moving bed as a packed bed of homogeneous fuel particles. When coupled with CFD, it provides boundary conditions such as gas temperature and species distribution over the grate, and receives radiative heat flux from CFD. The combined simulation successfully predicted the physical processes of the waste bed combustion and its interaction with the flow fields for various design and operating parameters, which was limited in the previous CFD simulations.
The process of solidification of metal is accompanied by liquid-solid change and known as Stefan's heat conduction problem on the moving boundary. In this study the temperature distribution in ingot and metallic mould during casting was analyzed by the two dimensional heat conduction theory. The transient temperature distribution was numerically calculated using a finite element method on the nodal point of mesh screen representing ingot and mould cross section. The theory was applied on the casting of aluminum(purity ; 99%) in flat ingot mould of GC25. The analysis will make it possible to calculate an optimum mould shape of which temperature gradient becomes minimum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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