In order to minimize carbon emissions and greenhouse gas, the Energy Efficiency Design Index (EEDI) has become a major factor to be considered in recent years in a ship's design and operation phases. Energy-Saving Devices (ESDs) improve the EEDI of a vessel and make them environmentally friendly. In this research, the performance of an equalizing duct-type ESD installed upstream of a Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering (KRISO) Container Ship (KCS) model's propeller was investigated by computational fluid dynamics (CFD). Open-source CFD libraries, OpenFOAM, were used for computational analysis of the KCS with and without the ESD to verify the performance improvement. The flow field near the stern region and propulsive coefficients were considered for comparison. The results showed a considerable improvement when an ESD was used on the model. Using different sizes of the duct, the performance of the ESD was also compared. It was observed that with an increased duct size, the propulsive performance was improved.
Santiago F. Corzo ;Dario M. Godino ;Alirio J. Sarache Pina;Norberto M. Nigro ;Damian E. Ramajo
Nuclear Engineering and Technology
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제55권5호
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pp.1911-1923
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2023
The nuclear safety assessment involving large transient simulations is forcing the community to develop methods for coupling thermal-hydraulics and neutronic codes and three-dimensional (3D) Computational Fluid Dynamics (CFD) codes. In this paper a set of dynamic boundary conditions are implemented in OpenFOAMⓇ in order to apply zero-dimensional (0D) approaches coupling with 3D thermal-hydraulic simulation in a single framework. This boundary conditions are applied to model pipelines, tanks, pumps, and heat exchangers. On a first stage, four tests are perform in order to assess the implementations. The results are compared with experimental data, full 3D CFD, and system code simulations, finding a general good agreement. The semi-implicit implementation nature of these boundary conditions has shown robustness and accuracy for large time steps. Finally, an application case, consisting of a simplified open pool with a cooling external circuit is solved to remark the capability of the tool to simulate thermal hydraulic systems commonly found in nuclear installations.
D'Alessandro, Vincenzo;Petrone, Giuseppe;De Rosa, Sergio;Franco, Francesco
Smart Structures and Systems
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제13권4호
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pp.615-636
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2014
Aluminium Foam Sandwich (AFS) panels are becoming always more attractive in transportation applications thanks to the excellent combination of mechanical properties, high strength and stiffness, with functional ones, thermo-acoustic isolation and vibration damping. These properties strongly depend on the density of the foam, the morphology of the pores, the type (open or closed cells) and the size of the gas bubbles enclosed in the solid material. In this paper, the vibrational performances of two classes of sandwich panels with an Alulight(R) foam core are studied. Experimental tests, in terms of frequency response function and modal analysis, are performed in order to investigate the effect of different percentage of porosity in the foam, as well as the effect of the random distribution of the gas bubbles. Experimental results are used as a reference for developing numerical models using finite element approach. Firstly, a sensitivity analysis is performed in order to obtain a limit-but-bounded dynamic response, modelling the foam core as a homogeneous one. The experimental-numerical correlation is evaluated in terms of natural frequencies and mode shapes. Afterwards, an update of the previous numerical model is presented, in which the core is not longer modelled as homogeneous. Mass and stiffness are randomly distributed in the core volume, exploring the space of the eigenvectors.
Open-cell Ni-Cr and Ni-Cr-Al(with gamma/gamma prime microstructure typical of Bi-base super alloys) foams are manufactured by pack-cementation at $1000{\boxplus}$degrees C, followed by homogenization at $1200{\boxplus}C$. The resulting alloyed foams retain the low relative densities (less than 3.5 wt.%). The oxidation behavior of Ni-Cr foams turns out to be identical to that of bulk Ni-Cr alloys, after taking into account the foam's higher surface area. The room-temperature compressive behavior of the Ni-Cr and Ni-Cr-Al is compared to model predictions. Additionally, the foam creep behavior, measured between 680 and $825{\boxplus}C$ in the stress range of 0.1-0.3 MPa, compared to two analytical models, namely strut compression and strut bending as high-temperature deformation modes.
Open microcellular foams having small-sized cell and good mechanical properties are desirable for many practical applications. As an effort to reduce the cell size, the microcellular foams combining viscosity improvers into the conventional formulation of styrene and water system were prepared via high internal phase emulsion polymerization. Since the material properties of foam are closely related to the solution properties of emulsion state before polymerization, the flow behavior of emulsions was investigated using a controlled stress rheometer. The yield stress and the storage modulus increased as viscosity improver concentration and agitation speed increased, due to the reduced cell size reflecting both a competition between the continuous phase viscosity and the viscosity ratio and an increase of shear force. Appreciable tendency was found between the rheological data of emulsions and the cell sizes of polymerized foams. Cell size reduction with the concentration of viscosity improver could be explained by the relation between capillary number and viscosity ratio. A correlative study for the cell size reduction with agitation speed was also attempted and the result was in a good accordance with the hydrodynamic theory.
Macroporous $SnO_2$ foam was successfully synthesized via a simple soft-chemical route by hybridization between alkylamine and tin(IV) oxide. According to X-ray diffraction (XRD) analysis, the as-prepared $SnO_2$ foam had a highly ordered lamella structure along the crystallographic c-axis, which transformed to a rutile phase after thermal treatment at $300^{\circ}C$. X-ray absorption spectroscopy (XAS) at the Sn K-edge revealed that $SnO_2$ particles in the hybrid material maintained their nanosized structure after hybridization with alkylamine. Scanning electron microscope (SEM) images clearly showed that the as-prepared $SnO_2$ foam had a macroporous structure. This synthetic route can be extended to the development of open frameworks with good electrochemical properties in battery applications.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part 1
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pp.91-92
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2006
Metallic foams have a combination of attractive properties such as high specific mechanical properties and good energy absorption characteristics. This paper presents the properties of steel foam sandwiches produced using powder metallurgy approach. Metallic powder, solid polymeric binder and a foaming agent are dry-mixed and molded into the desired shape. The molded powder mix is then heat-treated to foam, debind and sinter the material. The resulting material has an open cell structure with high porosity. The structure and properties of sandwiches specimens produced with the process are presented and discussed.
OLAFOAM은 파동역학의 시뮬레이션을 위하여 $OpenFOAM^{(R)}$을 확장한 강력한 CFD코드이며, $OpenFOAM^{(R)}$은 다양한 분야에서 각각 수치계산의 목적에 대응할 수 있도록 많은 Solver를 제공하고 있다. OLAFOAM의 기본방정식은 VARANS식에 기초하고, 수치기법으로는 유한체적법을 적용하며, 프로그램은 C++로 코딩되어 Linux운영체제에서 실행된다. 본 연구는 OLAFOAM을 이용하여 먼저 1) 단파와 규칙파하 투과성구조물에서 파의 변형, 2) 규칙파하 잠제에 의한 파의 변형 및 3) 흐름하 규칙파의 변형과 연직유속분포에 대해 기존의 각 실험결과와 비교 검토하여 OLAFOAM의 타당성을 검증하였다. 이로부터 지금까지 거의 검토되지 않은 규칙파와 흐름의 공존장에 설치된 투과성잠제에 대해 배후경사면을 불투과성 혹은 투과성으로 고려한 경우 흐름방향 등의 변화에 따른 잠제 주변에서 수위, 파고, 주파수스펙트럼, 쇄파, 평균유속 및 난류운동에너지 등의 변동특성을 면밀히 검토하였다. 결과로부터 흐름방향(순방향과 역방향)에 따른 파고변화는 난류운동에너지와 밀접한 관계를 가지는 것 등을 알 수 있었다.
최근 정부는 '저탄소 녹색성장 기본법'을 시행하여 국가 총체적 차원에서 에너지 절감, 온실가스 저감을 위한 노력을 기울이고 있다. 건물부문에서는 건물외피와 단열재의 열적 특성을 검토하여 건물 자체의 단열성능을 높임으로써 에너지를 절감할 수 있다. 이 연구는 건물부문의 에너지 절감을 목적으로 건물에 적용 가능한 경량기포 콘크리트 단열패널을 개발하기 위한 연구로서, 기포제 종류(AES, AOS, VS, FP)와 기포제 희석농도(1%, 3%, 5%), 기포율(30%, 50%, 70%)에 따른 기포 콘크리트의 물리·역학적 특성 및 열적 특성을 검토하여 에너지 절감을 위한 단열재로서의 최적조건을 찾고자 하였다. 실험 결과, 발포율에 영향을 미치는 기포제가 포함된 수용액의 표면장력은 AOS를 사용한 경우가 다른 기포제를 사용한 경우보다 낮게 나타났다. FP는 표면장력의 저하량이 크지 않고 발포율이 낮기 때문에 저농도로 희석한 경우 다량의 수분을 함유하고 있는 안정적이지 못한 기포가 생성되어 3% 이상 사용하여야만 비교적 안정적인 기포를 만드는 것이 가능하였다. 또한, 압축강도와 열전도율은 저밀도 영역에서는 기포제 종류에 따른 차이는 발생하지 않았으나, 상대적으로 고밀도영역에서 압축강도는 AOS와 FP, 열전도율은 VS와 FP가 더 효과적인 것으로 나타났다. 또한, 기포농도와 기포율이 증가할수록 공극 크기는 커지며 열린공극을 형성하는 것으로 나타났으며 모든 기포제에 대한 열전도율은 KS기준을 만족하여 우수한 단열재로서의 가능성을 보였다. 종합적인 분석 결과, FP를 농도 3%로 사용하여 제조한 시험체가 건물에 적용시 기포 콘크리트 단열패널로서 가장 우수한 성능을 발현할 것으로 판단된다.
침식방지형 섬유대공은 호안 또는 하천의 하천침식과 포락 방지를 위한 토목공사용 섬유자재로 내부에 유동성 콘크리트 또는 모르타르 등을 고압의 콘크리트 펌프로 주입하여 콘크리트 블록을 형성되도록 하는 제방 보호용 토목섬유공법이다. 그러나 기존에 개발된 침식방지형 섬유대공은 다량의 콘크리트 그라우팅제 사용에 따른 경제성 및 친환경성 측면에서 문제점을 가지고 있으며, 섬유대공의 안정성이 섬유대/비탈면 원지반의 마찰특성에 의존하도록 되어 있어 급경사 비탈면 적용에 한계가 있다. 본 연구에서는 다량의 콘크리트를 사용하는 기존 섬유대호안공의 경제성 및 친환경성을 개선하고자 역학적인 방틀형태를 시공이 간편한 섬유대를 이용하여 구축하고, 구조적 안정성 및 비탈면 전면부의 식생 및 사석 호안시스템 지지 등을 앵커로 처리하는 경제적이면서도, 안정적인 섬유대공을 개발하여 실내모형시험에 의한 침식저항성평가 및 현장 적용성 평가 등을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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