Ismail Esen;Mashhour A. Alazwari;Khalid H. Almitani;Mohamed A Eltaher;A. Abdelrahman
Advances in nano research
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제14권5호
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pp.475-493
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2023
In the context of nonclassical nonlocal strain gradient elasticity, this article studies the free and forced responses of functionally graded material (FGM) porous nanoplates exposed to thermal and magnetic fields under a moving load. The developed mathematical model includes shear deformation, size-scale, miscorstructure influences in the framework of higher order shear deformation theory (HSDT) and nonlocal strain gradient theory (NSGT), respectively. To explore the porosity effect, the study considers four different porosity models across the thickness: uniform, symmetrical, asymmetric bottom, and asymmetric top distributions. The system of quations of motion of the FGM porous nanoplate, including the effects of thermal load, Lorentz force, due to the magnetic field and moving load, are derived using the Hamilton's principle, and then solved analytically by employing the Navier method. For the free and forced responses of the nanoplate, the effects of nonlocal elasticity, strain gradient elasticity, temperature rise, magnetic field intensity, porosity volume fraction, and porosity distribution are analyzed. It is found that the forced vibrations of FGM porous nanoplates under thermal and live loads can be damped by applying a directed magnetic field.
The present study conducts a thorough analysis of thermal vibrations in functionally graded porous nanocomposite beams within a thermal setting. Investigating the temperature-dependent material properties of these beams, which continuously vary across their thickness in accordance with a power-law function, a finite element approach is developed. This approach utilizes a nonlocal strain gradient theory and accounts for a linear temperature rise. The analysis employs four different patterns of porosity distribution to characterize the functionally graded porous materials. A novel two-variable shear deformation beam nonlocal strain gradient theory, based on trigonometric functions, is introduced to examine the combined effects of nonlocal stress and strain gradient on these beams. The derived governing equations are solved through a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study delves into the influence of structural parameters, such as thicknessratio, beam length, nonlocal scale parameter, and strain gradient parameter. Furthermore, the study explores the impact of thermal effects, porosity distribution forms, and material distribution profiles on the free vibration of temperature-dependent FG nanobeams. The results reveal the substantial influence of these effects on the vibration behavior of functionally graded nanobeams under thermal conditions. This research presents a finite element approach to examine the thermo-mechanical behavior of nonlocal temperature-dependent FG nanobeams, filling the gap where analytical results are unavailable.
This study is to perform the effect of urbanization in urban and suburban districts, and to identify regional characters of climate according to the analysis of slope at rise, and descent of temperature and globe temperature, correlation between seasonal temperature analysis, and calculation of degree hour. According to this study, the result is summarized as follows. (1) The average temperature, rated from high to low, consists of residential area, Daegu weather station, intracity, green belt, water-front green belt, and suburban. (2) At the rise and descent of temperature, the result of the slope change of in each point may be one of the useful indexes to be able to perform the regional unique thermal characteristic, including the seasonal urbanization. (3) Although there is a difference between the surface of the earth and ambient environment. The result of the correlation of temperature between summer and winter is that temperature slope in urban districts was higher than in suburban districts, and the difference of slope was unvaried among the four observations in the same city region. (4) To show objectively, regional thermal characteristics in urban and suburban districts, the exponentiation of winter degree hour and summer degree hours were checked. The result of the exponentiation is that the more artificial a region, the lower index.
In a deep lake and reservoir, thermal stratification is of great importance for characteristics of hydrodynamic mixing of the waterbody, and thereby influencesvertical distribution of dissolved oxygen, substances, nutrients, and the phytoplankton community. The purpose of this study, was to project the effect of a future climate change scenario on water temperature, stratification strength, and thermal stability in the Soyanggang Reservoir in the Han River basin of South Korea, using a suite of mathematical models; SWAT, HEC-ResSim, and CE-QUAL-W2(W2). W2 was calibrated with historical data observed 2005-2015. Using climate data generated by HadGEM2-AO with the RCP 4.5 scenario, SWAT predicted daily reservoir inflow 2016-2070, and HEC-ResSim simulated changes in reservoir discharge and water level, based on inflow and reservoir operation rules. Then, W2 was applied, to predict long-term continuous changes of water temperature, in the reservoir. As a result, the upper layer (5 m below water surface) and lower layer (5 m above bottom) water temperatures, were projected to rise $0.0191^{\circ}C/year$(p<0.05) and $0.008^{\circ}C/year$(p<0.05), respectively, in response to projected atmospheric temperature rise rate of $0.0279^{\circ}C/year$(p<0.05). Additionally, with increase of future temperature, stratification strength of the reservoir is projected to be stronger, and the number of the days when temperature difference of the upper layer and the lower layer becomes greater than $5^{\circ}C$, also increase. Increase of water temperature on the surface of the reservoir, affected seasonal growth rate of the algae community. In particular, the growth rate of cyanobacteria increased in spring, and early summer.
PVT (Photovoltaic/thermal) system is technology that combines PV and solar thermal collector to produce and use both solar heat and electricity. PVT has the advantage that the energy production per unit area is higher than any single use of PV or solar thermal energy systems because it can produce and use heat and electricity simultaneously. Air-type PVT collectors use air as the heat transfer medium, and the air flow rate and flow pattern are important factors affecting the performance of the PVT collector. In this study, a new air-type PVT collector with improved thermal performance was designed and manufactured. And then thermal and electrical performance and characteristics of air-type PVT collector were analyzed through experiments. For the thermal performance analysis of the PVT collector, the experiment was conducted under the test conditions of ISO 9806:2017 and the electrical performance was analyzed under the same conditions. As a result, the thermal efficiency increased to 26~45% as the inlet flow rate of PVT collector increased from $60{\sim}200m^3/h$. Also, it was confirmed that the air-type PVT collector prevents the PV surface temperature rise according to the operating conditions.
Temperature rise due to viscous shear of the lubricating oil generates hydrodynamic pressure, even if the lubricating surfaces are parallel. This effect, known as the thermal wedge effect, varies significantly with film-temperature boundary conditions. The bearing conducts a part of the heat generated; hence, the oil temperature varies with the thermal conductivity of the bearing. In this study, we analyze the effect of thermal conductivity on the thermohydrodynamic (THD) lubrication of parallel slider bearings. We numerically analyze the continuity equation, Navier-Stokes equation, energy equation including the temperature-viscosity and temperature-density relations for lubricants, and the heat conduction equation for bearing by creating a 2D model of the micro-bearing using the commercial computational fluid dynamics (CFD) code FLUENT. We then compare the variation in temperature, viscosity, and pressure distributions with the thermal conductivity. The results demonstrate that the thermal conductivity has a significant influence on THD lubrication characteristics of parallel slider bearings. The lower the thermal conductivity, the greater the pressure generation due to the thermal wedge effect resulting in a higher load-carrying capacity and smaller frictional force. The present results can function as the basic data for optimum bearing design; however, the applicability requires further studies on various operating conditions.
Photovoltaics (PV) power generation efficiency is affected by meteorological factors such as temperature and wind speed. In general, it is known that the power generation amount decreases because photovoltaics panel temperature rises and the power generation efficiency decreases in summer. Photovoltaics Thermal (PVT) power generation has the ad-vantage of being able to produce heat together with power, as well as preventing the reduction in power generation efficien-cy and output due to the temperature rise of the panel. In this study, the amount of heat collected by season and time was calculated for photovoltaics thermal modules using the International Weather for Energy Calculations (IWEC) data provided by the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). Based on this, we propose a method of predicting the temperature of the photovoltaics panel using thermal analysis and then calculating the flow rate of coolant to improve power generation efficiency. As the results, the photovoltaics efficiencies versus time on January, April, July, and October in Jeju of the Republic of Korea were calculated to the range of 15.06% to 17.83%, and the maxi-mum cooling load and flow rate for the photovoltaics thermal module were calculated to 121.16 W and 45 cc/min, respec-tively. Though this study, it could be concluded that the photovoltaics thermal system can be composed of up to 53 modules with targeting the Jeju, since the maximum capacity of the coolant circulation pump of the photovoltaics thermal system applied in this study is 2,400 cc/min.
This paper is focused on the effect of indoor temperature rise according to the use of windows and blinds in double skin facade in summer. For the experiment, we set up the mock-up of double skin facede and measuring temperature and solar radiation. Total 7 cases were used for measuring solar transmittance and indoor temperature rise. When the venetian blind was not installed, solar transmittance was 44.5%, and solar transmittance for the case that installed the venetian blind (angle 0) was 22.5%. Cases that opened inner and outdoor windows for ventilation showed lower indoor temperature rise than cases with closed windows. In addition, Case 5 (opened inner and outdoor windows with the venetian blind (angle 0) to reduce solar transmittance) indicated lower indoor temperature rise than Case 3(opened inner and outdoor windows). Consequently, Case 5 which uses inner and outdoor window for ventilation and venetian blind to reduce solar transmittance is the most effective way to reduce indoor temperature rise among all cases tested in this research.
Natural ester has a higher biodegradability, flash and fire points, and a greater permittivity compared to conventional mineral oils. However, natural ester also has a higher pour point, viscosity, and water content. These characteristics hamper circulation and the electrical properties of oil-filled transformer. Thus, this paper applied electromagnetic-thermal-flow coupled analysis method to predict temperature distribution inside 154kV single phase power transformer using natural ester. It modeled in the actual appearance for the tank and winding of the power transformer to improve the accuracy of analysis and applied heat flow analysis that considered hydromechanics and heat transfer at the same time. It calculated the power loss, the main cause of temperature rise, from winding and core with electromagnetic analysis then used for the heat source for the heat flow analysis. It then compared the reasonability of result of measurement analysis based on the result acquired from temperature rise test using FBG sensor on the power transformer.
The aluminum composite panel are widely used for the external materials of high rise building because of well insulation of heat and sound and improved Constructability. However, the polyethylene in main material of the aluminum composite panel shows weakness in thermal and fire resistances. For this reason, flame is spread more quickly when the fire break out. Therefore, the potentiality of fire spread to the exterior wall is high due to difficulty of early extinguishment and effect of external air. In this study, numerical investigation was performed by using FDS program for flame spread characteristics with various external air velocity and direction in ten-story building with the aluminum composite external materials. As a result, the flame spread velocity is 0.134m/s and it takes 224 seconds for flames to spread to the 10th floor without external air velocity. however, the flame spread velocity decreases 40% and it takes 348 seconds for flames to spread to the 10th floor when external air velocity is 2.5 m/s. and air direction is little effect compared to air velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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