Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.8
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pp.1023-1032
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2003
The effect of local forcing on the separated flow over a backward-facing step is investigated through hot-wire measurements and flow visualization with multi-smoke wires. The boundary layer upstream of the separation point is laminar and the Reynolds number based on the free stream velocity and the step height is 13800. The local forcing is given from a slit located at the step edge and the forcing signal is always defined when the wind tunnel is in operation. In case of single frequency forcing, the streamwise velocity and the reattachment length are measured under forcing with various forcing frequencies. For the range of 0.010〈S $t_{\theta}$〈0.013, the forcing frequency component of the streamwise velocity fluctuation grows exponentially and is saturated at x/h = 0.75 , while its subharmonic component grows following the fundamental and is saturated at x/h = 2.0. However, the saturated value of the subharmonic is much lower than that of the fundamental. It is observed that the vortex formation is inhibited by the forcing at S $t_{\theta}$ = 0.019 . For double frequency forcing, natural instability frequency is adopted as a fundamental frequency and its subharmonic is superposed on it. The fundamental frequency component of the streamwise velocity grows exponentially and is saturated at 0.5 < x/h < 0.75, while its subharmonic component grows following the fundamental and is saturated at x/h= 1.5 . Furthermore, the saturated value of the subharmonic component is much higher than that for the single frequency forcing and is nearly the same or higher than that of the fundamental. It is observed that the subharmonic component does not grow for the narrow range of the initial phase difference. This means that there is a range of the initial phase difference where the vortex parring cannot be enhanced or amplified by double frequency forcing. In addition, this effect of the initial phase difference on the development of the shear layer and the distribution of the reattachment length shows a similar trend. From these observations, it can be inferred that the development of the shear layer and the reattachment length are closely related to the vortex paring.
Conventional numerical analysis for rainfall-induced slope stability has been estimated by separating seepage and stress-strain behavior, respectively. Many researchers' models from commercial softwares and literatures define that partially saturated permeability is the only function of degree of saturation (or matrix suction) and then they do not consider hydraulic-mechanical characteristics for the analysis. However, in practice, the water flow processes in a deformable soil are influenced by soil skeleton movement and the pore water pressure changed due to seepage will lead to changes in stress and to deformation of a soil. The relationship between seepage and soil behavior causes a change of partially saturated permeability as well as saturated permeability with the lapse of time. Instability of partially saturated soil slopes due to infiltration would be analyzed from reduction of negative pore water pressure calculating the process of water flow based on predicted partially saturated permeability. Therefore, partially saturated permeability should be defined by the function of degree of saturation (or matric suction) and porosity. The paper presents the comparison between staggered and monolithic coupled analysis regarding seepage and stress deformation problems. As a result, the decrease in matric suction on soil slope from monolithic analysis is slower than that from staggered analysis.
In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.
Many geotechnical analyses require the investigation of water flow within partially saturated soil zone to incorporate the effect of climatic conditions. It is widely understood that the hydraulic properties of the partially saturated soil should be included in the transient seepage analyses. However, the characteristics of dual porosity soils with dual-mode water retention curve are normally modelled using single-mode mathematical equation for simplification of the analysis. In reality, the rainwater flow can be affected significantly by the dual-mode hydraulic properties of the soil. This paper presents the variations of safety factor for dual porosity soil slope with dual-mode water retention curve and dual-mode unsaturated permeability. This paper includes the development of the new dual-mode unsaturated permeability to represent the characteristics of soil with the dual-mode water retention curve. The finite element analyses were conducted to examine the role of dual-mode water retention curve and dual-mode unsaturated permeability on the variations of safety factor under rainfall loading. The results indicate that the safety factor variations of dual porosity soil slope modelled using the dual-mode water retention curve and the unsaturated permeability equation are lower than those of dual porosity slope modelled using single-mode water retention curve and unsaturated permeability equations.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.9
no.3
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pp.9-17
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2009
Most of the current drainage criteria have been developed on the basis of experimental field results and theoretical analyses of infiltration under saturated conditions. The objective of this study is to extend the understanding of pavement drainage systems by considering unsaturated condition in the sublayers. Analyses of unsaturated flows through pavements was performed by running finite element program(SEEP/W) with a range of pavement materials and drainage parameters. Meanwhile, the widely used DRIP program developed by FHWA is based on assumption of saturated condition of pavements. Differences between saturated and unsaturated condition in the sublayers of the pavements are verified. It is verified that for unsaturated conditions time to drain would take longer time compared to saturated condition.
Jo, Jong Chull;Jeong, Jae Jun;Yun, Byong Jo;Moody, Frederick J.
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.7
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pp.1173-1183
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2018
Transient fluid velocity and pressure fields in a pressurized water reactor (PWR) steam generator (SG) secondary side during the blowdown period of a feedwater line break (FWLB) accident were numerically simulated employing the saturated water flashing model. This model is based on the assumption that compressed water in the SG is saturated at the beginning and decompresses into the two-phase region where saturated vapor forms, creating a mixture of steam bubbles in water by bulk boiling. The numerical calculations were performed for two cases of which the outflow boundary conditions are different from each other; one is specified as the direct blowdown discharge to the atmosphere and the other is specified as the blowdown discharge to an extended calculation domain with atmospheric pressure on its boundary. The present simulation results obtained using the two different outflow boundary conditions were discussed through a comparison with the predictions using a simple non-flashing model neglecting the effects of phase change. In addition, the applicability of each of the non-flashing water discharge and saturated water flashing models for the confirmatory assessments of new SG designs was examined.
This study conducted a laboratory work to determine the change of dielectric constant of saturated soil porous media, which is injecting EML to use Frequency Domain Reflectometry(FDR) system and length 7cm-length measurement sensor. It is purpose of study that estimate a movement path through pore of soil for an ethanol mixing liquid(EML) which have the same specific gravity of water at $20{\;}^{\circ}C$, and determine to a dielectric measuring range for the measurement sensor. As an outflow point of saturated soil column upper part recedes from an EML inject point in EML diffusion test, the diffusion extent of EML through pore of saturated soil was expanded. And results of ail EML flow experiment were measured the change of dielectric constant at all measurement sensors which are placed to constant interval at the same travel time for saturated soil column. Therefore, the displace process of water that exist in pore of saturated soil by EML injection is enough available and confirm together mobility through pores.
Artificial ground freezing (AGF) is a commonly used geotechnical support technique that can be applied in any soil type and has low environmental impact. Experimental and numerical investigations have been conducted to optimize AGF for application in diverse scenarios. Precise simulation of groundwater flow is crucial to improving the reliability these investigations' results. Previous experimental research has mostly considered horizontal seepage flow, which does not allow accurate calculation of the groundwater flow velocity due to spatial variation of the piezometric head. This study adopted vertical seepage flow-which can maintain a constant cross-sectional area-to eliminate the limitations of using horizontal seepage flow. The closure time is a measure of the time taken for an impermeable layer to begin to form, this being the time for a frozen soil-ice wall to start forming adjacent to the freeze pipes; this is of great importance to applied AGF. This study reports verification of the reliability of our experimental apparatus and measurement system using only water, because temperature data could be measured while freezing was observed visually. Subsequent experimental AFG tests with saturated sandy soil were also performed. From the experimental results, a method of estimating closure time is proposed using the inflection point in the thermal conductivity difference between pore water and pore ice. It is expected that this estimation method will be highly applicable in the field. A further parametric study assessed factors influencing the closure time using a two-dimensional coupled thermo-hydraulic numerical analysis model that can simulate the AGF of saturated sandy soil considering groundwater flow. It shows that the closure time is affected by factors such as hydraulic gradient, unfrozen permeability, particle thermal conductivity, and freezing temperature. Among these factors, changes in the unfrozen permeability and particle thermal conductivity have less effect on the formation of frozen soil-ice walls when the freezing temperature is sufficiently low.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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