electron, ion, heavy ion으로 구성 된 plasma에서 hump type과 kink type(double layer)의 electrostatic solitary waves이 존재할 수 있다는 것을 pseudopotential method를 이용한 결과와 1d PIC(Particle-In-Cell) simulation method의 결과에서 각각 확인하였다. 1d PIC simulation에서 초기에 각각의 입자 종(species; electron, ion, heavy ion)의 밀도섭동(density perturbation)은 Gaussian 형태로 주었으며, 각각의 입자들의 drift velocity는 각각의 plasma 입자 종들의 thermal velocity로 나란한 방향으로 주었다.
고립파는 다른 파들과는 달리 파고만 주어지면 파형이 결정되고 변형 없이 장거리를 전파시켜 처오름높이를 가장 잘 재현할 수 있기 때문에 지진해일의 많은 연구에서 입사파로 사용되어 왔다. 본 연구에서는 한양대학교 수리학 및 해안공학 연구실에서 보유중인 서보-피스톤 타입 조파기로 고립파를 발생시켜 2차원 조파수조 내부에 설치되어있는 동해안 경사모형에서 각 수심 및 상대파고에 따른 고립파의 처오름높이 측정실험을 수행하였다. 다수의 파고계를 이용하여 각 구역에서 수심 및 상대파고에 따른 고립파의 파형을 측정하였고, 경사면에서 처오름높이 분포의 최대와 최소, 평균값을 측정하였다. 측정된 실험결과를 바탕으로 동해안에서의 고립파 처오름높이에 대해서 서술하였다.
본 연구는 다공성 구조물과의 파랑의 상호 작용을 수치모의하기 위한 비정수압 수치모형인 SWASH를 소개한다. 이 수치모형은 ${\sigma}$-좌표계에 Volume Averaged Reynolds Averaged Navier-Stokes(VARANS)을 지배방정식으로 다공성 매체에서의 유동을 계산한다. 다공성 매체에서의 유동을 고려하기 위해 사용된 경험적 저항 계수는 보정 작업이 필요하다. 본 연구에서는 수치모형에 사용된 경험적 저항 계수를 다공성 매체를 통과하는 댐 붕괴 실험과 다공성 구조물과 고립파의 상호 작용에 대한 실험을 이용하여 보정 및 검증하였다. 실험 결과와 수치실험 결과는 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. 또한 비정수압 수치모형인 SWASH가 VOF 접근법을 기반으로 하는 3차원 다공성 유동 모델보다 계산상 훨씬 더 효율적이라는 것이 확인되었다.
Sun, Jianchuang;Deng, Jian;Ran, Xu;Cao, Xiaxin;Fan, Guangming;Ding, Ming
Nuclear Engineering and Technology
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제53권11호
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pp.3635-3642
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2021
Natural circulation systems (NCSs) are extensively applied in nuclear power plants because of their simplicity and inherent safety features. For some passive natural circulation systems in floating nuclear power plants (FNPPs), the ocean is commonly used as the heat sink. Condensation induced water hammer (CIWH) events may appear as the steam directly contacts the subcooled seawater, which seriously threatens the safe operation and integrity of the NCSs. Nevertheless, the research on the formation mechanisms of CIWH is insufficient, especially in NCSs. In this paper, the characteristics of flow rate and fluid temperature are emphatically analyzed. Then the formation types of CIWH are identified by visualization method. The experimental results reveal that due to the different size and formation periods of steam slugs, the flow rate presents continuous and irregular oscillation. The fluid in the horizontal hot pipe section near the water tank is always subcooled due to the reverse flow phenomenon. Moreover, the transition from stratified flow to slug flow can cause CIWH and enhance flow instability. Three types of formation mechanisms of CIWH, including the Kelvin-Helmholtz instability, the interaction of solitary wave and interface wave, and the pressure wave induced by CIWH, are obtained by identifying 67 CIWH events.
The submerged U-shape breakwater interaction with the solitary wave is simulated by the Boussinesq equations using the finite-difference scheme. The wave reflection, transmission, and dissipation (RTD) coefficients are used to investigate the U-shape breakwater's performance for different crest width, Lc1, and indent breakwater height, du. The results show that the submerged breakwater performance for a set of U-shape breakwater with the same cross-section area is related to the length of submerged breakwater crest, Lc1, and the distance between the crests, Lc2 (or the height of du). The breakwater has the maximum performance when the crest length is larger, and at the same time, the distance between them increases. Changing the Lc1 and du of the U-shape breakwaters result in a significant change in the RTD coefficients. Comparison of the U-shape breakwater, having the best performance, with the averaged RTD values shows that the transmission coefficients, Kt, has a better performance of up to 4% in comparison to other breakwaters. Also, the reflection coefficients KR and the diffusion coefficients, Kd shows a better performance of about 30% and 55% on average, respectively. However, the model governing equations are non-dissipative. The non-energy conserving of the transmission and reflection coefficients due to wave and breakwater interaction results in dissipation type contribution. The U-shape breakwater with the best performance is compared with the rectangular breakwater with the same cross-section area to investigate the economic advantages of the U-shape breakwater. The transmission coefficients, Kt, of the U-shape breakwater shows a better performance of 5% higher than the rectangular one. The reflection coefficient, KR, is 60% lower for U-shape in comparison to rectangular one; however, the diffusion coefficients, Kd, of U-shape breakwater is 35% higher than the rectangular breakwater. Therefore, we could say that the U-shape breakwater has a better performance than the rectangular one.
1개층 Boussinesq 방정식과 2개층 Boussinesq 방정식을 사용하여 투수방파제를 지나는 파랑의 월파고를 구하였다. 1개층 Boussinesq 방정식으로 Lee 등(2014)이 유도한 식을 사용하였고, 2개층 Boussinesq 방정식은 Cruz 등(1997)의 방법을 따라서 유도하였다. 수치실험을 통해 천단고가 낮은 투수방파제를 지나는 고립파의 월파고(Navier-Stokes 방정식으로 구함)가 천단고가 높은 투수방파제를 지나는 통과파고(1개층 Boussinesq 방정식으로 구함)보다 더 작고, 천단고가 해저에 있는 투수방파제를 지나는 통과파고(2개층 Boussinesq 방정식으로 구함)보다 더 크다는 것을 확인하였다. 고립파의 파고가 낮을수록 또는 투수방파제의 폭이 좁을수록 1개층 및 2개층 Boussinesq 방정식으로 구한 통과파고가 Navier-Stokes 방정식으로 구한 월파고에 근접한 것을 확인하였다.
Internal solitary waves occur due to density stratification and are nonlinear in nature. These waves have been observed in many parts of the world including the South China Sea, Andaman Sea and Sulu Sea. Their effect on floating systems has been an emerging field of interest and recent offshore developments in the South China Sea where several offshore oil and gas discoveries are located have confirmed adverse effects including large platform motions and riser system damage. A valid numerical model conforming to the physics of internal waves is implemented in this paper and the effect on a spar platform is studied. The physics of internal waves is modeled by the Korteweg-de Vries (KdV) equation, which has a general solution involving Jacobian elliptical functions. The effects of vertical density stratification are captured by solving the Taylor Goldstein equation. Fully coupled time domain analyses are conducted to estimate the effect of internal waves on a typical truss spar, which is configured to South China Sea development requirements and environmental conditions. The hull, moorings and risers are considered as an integrated system and the platform global motions are analyzed. The study could be useful for future guidance and development of offshore systems in the South China Sea and other areas where the internal wave phenomenon is prominent.
Applying Information Technology (IT) in practical engineering has become one of the most important issues in the past few decades, especially on internal solitary wave, intelligent robot interaction, artificial intelligence, fuzzy Lyapunov, tension leg platform (TLP), consumer and service quality. Other than affecting the traditional teaching mode or increasing the inter-relation with users, IT can also be connected with the current society by collecting the latest information from the internet. It is apparently a fashion-catching-up technology. Therefore, the learning of how to use IT facilities is becoming one of engineers' skills nowadays. In addition to studying how well engineers learn to operate IT facilities and apply them into teaching, how engineers' general capacity of information effects the results of learning IT are also discussed. This research introduces the "Combined TAM and TPB mode," to understand the situation of engineers using IT facilities.
Kinetic energy conservation for fixed and moving grids is examined in time-accurate finite element computation of fully unsteady inviscid flows. As numerical algorithms, fractional step method (FSM) and modified SIMPLE are used. To simulate the flow in moving grid system, arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method is adopted. In the present study, the energy conserving time integration rule for finite element algorithm is proposed and discussed schematically. It is shown that the discretization by Crank-Nicolson in time and Galerkin (central difference) in space must be used to ensure energy conservation. The developed code has been tested for a standing vortex in fixed or moving grid system, sloshing in a tank and propagation of a solitary wave, and has been shown to be a completely energy conserving algorithm.
연안지역에서 발생하는 퇴적 및 침식현상으로 발생하는 피해를 분석하기 위하여, 고립파를 이용한 연구가 계속 진행되어왔다. 고립파는 파고의 크기에 따라 파형이 결정되는 특징을 가지고 있어 연안지역 파랑에 관한 연구에 적합하다. 기존연구는 sluice gate를 순간적으로 개방하는 방식을 통해 갑작스러운 수위의 변화를 유도하여 급변부정류흐름을 발생시키는 연구를 수행하였으나, 고립파 발생 조건에 대한 상세한 분석은 수행하지 못하였다. 본 연구는 기존연구에서 사용한 방식과 동일하게 sluice gate를 개방하여 고립파를 발생시켰으며, 실험조건을 상류 headtank 수위와 하류 수심의 수위차를 이용하는 경우와 sluice gate 개방 속도에 따라 두 가지 경우로 나누어 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 직사각형 수리실험수조는 폭 0.8 m, 높이 0.75 m, 수로길이 12 m에서 상 하류의 수위차를 0.05 m 단위로 높이는 방식과 수문개방속도를 0.5 m/s 부터 1.0 m/s까지 범위를 설정하여 두 가지 재현방식에 따라 실험을 진행하였다. 또한 Flow-3D GMO(General Moving Objects)기능을 활용한 수치모의를 수행하였다. 실험조건에 따른 수리실험 결과를 파랑의 특성인 고립파 파고와 파속을 수치모의결과와 비교하여 분석하였다. 수리실험결과와 수치해석결과 유사한 경향을 나타내었으며, 본 연구의 결과는 Sluice gate를 이용한 고립파 수리실험으로 경사면에서 발생하는 침식과 퇴적현상에 관한 기초적인 연구가 될 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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