International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.11-19
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2020
In recent years, oil prices have continued to be low owing to the development of unconventional resources such as shale gas, coalbed methane gas, and tight gas. However, shipping companies are still experiencing difficulties because of recession in the shipping market. Hence, they devote considerable effort toward reducing operating costs. One of the important parameters for reducing operating costs is the frictional resistance of vessels. Generally, a vessel is covered with paint for smoothing its surface. However, frictional resistance increases with time owing to surface roughness, such as that caused by fouling. To prevent this, shipping companies periodically clean or repaint the surfaces of vessels using analyzed operating data. In addition, studies using various methods have been continuously carried out to identify this phenomenon such as fouling for managing ships more efficiently. In this study, numerical simulation was used to analyze the change in the resistance performance of a ship owing to an increase in surface roughness using commercial software, i.e., Star-CCM+, which solves the continuity and Navier eStokes equations for incompressible and viscous flow. The conditions for numerical simulation were verified through comparison with experiments, and these conditions were applied to three ships to evaluate resistance performance according to surface roughness.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.1
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pp.119-125
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2018
The particle based computational fluid dynamics (CFD) method, which follow Lagrangian approach for fluid dynamics, fluid particle behavior by tracking all particle calculation physical quantities of each particle. According to basic concept of particle based CFD method, it is difficult to satisfy continuum theory and measure influences from neighboring particle. Article number density and weight function were used to solve aforementioned issue. Difficulties continuum mean simulate non-continuum particles such as solid including granular and sand. In this regard, the particle based CFD method modified solid particle problems by replacing viscous and surface tension forces friction and drag forces. In this paper, particle interaction model for solid particle friction model implemented to simulate solid particle problems. The broken dam problem, which is common to verify particle based CFD method, used fluid or solid particles. The angle of repose was observed in the simulation results the solid particle not fluid particle.
A.M. Abd-Alla;Esraa N. Thabet;S.M.M.El-Kabeir;H. A. Hosham;Shimaa E. Waheed
Advances in nano research
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v.16
no.4
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pp.325-340
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2024
There are several novel uses for dispersing many nanoparticles into a conventional fluid, including dynamic sealing, damping, heat dissipation, microfluidics, and more. Therefore, melting heat and mass transfer characteristics of a 3-D MHD Hybrid Nanofluid flow over a rotating disc with presenting dufour and soret effects are assessed numerically in this study. In this instance, we investigated both ferric sulfate and molybdenum disulfide as nanoparticles suspended within base fluid water. The governing partial differential equations are transformed into linked higher-order non-linear ordinary differential equations by the local similarity transformation. The collection of these deduced equations is then resolved using a Chebyshev spectral collocation-based algorithm built into the Mathematica software. To demonstrate how different instances of hybrid/ nanofluid are impacted by changes in temperature, velocity, and the distribution of nanoparticle concentration, examples of graphical and numerical data are given. For many values of the material parameters, the computational findings are shown. Simulations conducted for different physical parameters in the model show that adding hybrid nanoparticle to the fluid mixture increases heat transfer in comparison to simple nanofluids. It has been identified that hybrid nanoparticles, as opposed to single-type nanoparticles, need to be taken into consideration to create an effective thermal system. Furthermore, porosity lowers the velocities of simple and hybrid nanofluids in both cases. Additionally, results show that the drag force from skin friction causes the nanoparticle fluid to travel more slowly than the hybrid nanoparticle fluid. The findings also demonstrate that suction factors like magnetic and porosity parameters, as well as nanoparticles, raise the skin friction coefficient. Furthermore, It indicates that the outcomes from different flow scenarios correlate and are in strong agreement with the findings from the published literature. Bar chart depictions are altered by changes in flow rates. Moreover, the results confirm doctors' views to prescribe hybrid nanoparticle and particle nanoparticle contents for achalasia patients and also those who suffer from esophageal stricture and tumors. The results of this study can also be applied to the energy generated by the melting disc surface, which has a variety of industrial uses. These include, but are not limited to, the preparation of semiconductor materials, the solidification of magma, the melting of permafrost, and the refreezing of frozen land.
Raju, R. Srinivasa;Reddy, G. Jithender;Rao, J. Anand;Rashidi, M.M.
Journal of Computational Design and Engineering
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v.3
no.4
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pp.349-362
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2016
The numerical solutions of unsteady hydromagnetic natural convection Couette flow of a viscous, incompressible and electrically conducting fluid between the two vertical parallel plates in the presence of thermal radiation, thermal diffusion and diffusion thermo are obtained here. The fundamental dimensionless governing coupled linear partial differential equations for impulsive movement and uniformly accelerated movement of the plate were solved by an efficient Finite Element Method. Computations were performed for a wide range of the governing flow parameters, viz., Thermal diffusion (Soret) and Diffusion thermo (Dufour) parameters, Magnetic field parameter, Prandtl number, Thermal radiation and Schmidt number. The effects of these flow parameters on the velocity (u), temperature (${\theta}$) and Concentration (${\phi}$) are shown graphically. Also the effects of these pertinent parameters on the skin-friction, the rate of heat and mass transfer are obtained and discussed numerically through tabular forms. These are in good agreement with earlier reported studies. Analysis indicates that the fluid velocity is an increasing function of Grashof numbers for heat and mass transfer, Soret and Dufour numbers whereas the Magnetic parameter, Thermal radiation parameter, Prandtl number and Schmidt number lead to reduction of the velocity profiles. Also, it is noticed that the rate of heat transfer coefficient and temperature profiles increase with decrease in the thermal radiation parameter and Prandtl number, whereas the reverse effect is observed with increase of Dufour number. Further, the concentration profiles increase with increase in the Soret number whereas reverse effect is seen by increasing the values of the Schmidt number.
Kim, Yeong-Jung;Yu, Yeong-Seon;Gang, Geum-Chun;Baek, Lee;Yun, Jin-Ha;Lee, Geon-Jung
Journal of Biosystems Engineering
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v.26
no.3
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pp.263-270
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2001
This study was conducted in order to develop wind-water heating system where frictional heat is creased between the rotor and working fluid when they are rotating in the cylindrical heat generator. The wind-water heating system is composed of rotor, stator, working fluid, motor, inverter and heat generation tank. Instead of wind turbine, we have used an electrical motor of 30㎾ to rotate the rotor in this system. Two working fluids and six levels of rotor rpm were tested to quantify heat amounts generated by the system. Generally, as motor rpm goes up heat amount increases that we have expected. At the same rpm, viscous fluid showed up better performance than the water, generating more heat by 10$\^{C}$ difference. The greatest heat amount of 31,500kJ/h was obtained when the system constantly drained out the hot water of at the flow rate of 500ℓ/h. Power consumption rate of the motor was measured by thee phase electric power meter where the largest power consumption rate was 14㎾ when motor rpm was 600 and gained heat was 31,500kJ/h, that indicated total thermal efficiency of the wind power water heating system was 62%.
Recently, the importance of variable displacement piston pump is increasing in industrial world. Especially, most consumers require various range of pressures and flow rates. Pressure compensator is a system controlling flow rate in piston pump at low cost and, therefore, satisfies the need of consumers. However, the system has serious problems, such as response and leakage. The response and leakage are affected by clearance between actuator piston and cylinder, roughness of surface, and spool overlap. In this paper, these effects are investigated experimentally, and optimal clearance and chamfer is obtained. While diameter of cylinder is fixed and diameter of actuator piston is changed in this experiment, response and leakage are measured. Also parameters such as roughness and processing accuracy are changed for piston of fixed clearance. Experimental setup modelled into several parts of actuator piston, cylinder, spool, and swash plate. Input pressure is changed by function generator and proportional valve. The result of this experiment shows that leakage increases very much in proportion to the increase of clearance, and especially leakage occurs enormously when clearance is more than 0.002. The response is not good because as clearance increases leakage increases and as clearance decreases viscous damping effect increases. Accordingly, it is found out that optimal clearance range exists for tile response, within about 0.0012∼0.0014, at this time. Futhermore, the better roughness and geometrical accuracy of actuator piston are, the smaller are leakage and friction. The paper informs that response and leakage are influenced by and geometrical accuracy of actuator piston, roughness of surface, and the clearance between actuator piston and cylinder, and that optimal design of actuator piston in the pressure compensator is possible.
In sliding bearings, viscous friction due to high shear acting on the bearing surface raises the oil temperature. One of the mechanisms responsible for generating the load-carrying capacity in parallel surfaces is known as the viscosity wedge effect. In this paper, we investigate the effect of film-temperature boundary conditions on the thermohydrodynamic (THD) lubrication of parallel slider bearings. For this purpose, the continuity equation, Navier-Stokes equation, and the energy equation with temperature-viscosity-density relations are numerically analyzed using the commercial computational fluid dynamics (CFD) code FLUENT. Two different film-temperature boundary conditions are adopted to investigate the pressure generation mechanism. The temperature and viscosity distributions in the film thickness and flow directions were obtained, and the factors related to the pressure generation in the equation of motion were examined in detail. It was confirmed that the temperature gradients in the film and flow directions contribute heavily to the thermal wedge effect, due to which parallel slider bearing can not only support a considerable load but also reduce the frictional force, and its effect is significantly changed with the film-temperature boundary conditions. The present results can be used as basic data for THD analysis of surface-textured sliding bearings; however, further studies on various film-temperature boundary conditions are required.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.6
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pp.876-888
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1986
The Study is concerned with the analysis of unconstrained axisymmetric piercing as a nonsteady forging process by the rigid-plastic finite element method. In the numerical analysis of axisymmetric piercing, the initial velocity field is generated by assuming the material as a linear viscous material to begin with in order to facilitate the input handling and to ensure better convergencey. The strain-hardening effect for nonsteady deformation and the friction of the die-material interial interface are considered in the formulation. Rigid body treatment is also incorporated in the developed program. The experiments are carried out for aluminum alloy specimens (A1204) with different specimen heights. It is shown that the experimental results are in excellent agreement with the finite element simulations is deformed configuration. For load prediction the theoretical prediction shows excellent agreement with th eexperimental laod in the initial stage of loading before fracture of the specimen is not initiated. Distribution of stresses, strains and strain rates has been found for the given cases in computation. On this basis several fracture criteria are introduced in order to check the fracture initiation. It is found that maximum shear criterion is capable of good fracture prediciton.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.6
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pp.852-860
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1986
The effect of placing a worktable in a vertical laminar flow clean room is invesgiated by a numerical simulation. The model clean room is assumed to be a rectangular square of 2m*2m, in which a worktable of 0.8m long and 0.1m thick is located at 0.7m above the floor. Major parameters are the horizontal position of the table and the inlet flow velocity. The flow is assumed to be laminar throughout the clean room. Navier-Stokes equations with the pressure terms are directly solved by the SIMPLE algorithm. Boundary conditions at the two exits are given in terms of pressure conditions. The flow pattern, pressure loss due to viscous friction, the ratio of flow rates through each exit and pressure imbalance at the exits are calculated. All of the flow characteristics are seen to vary substantially with the location of the table, but are quite insensitive to the inlet flow velocity(Reynolds number). As an example, the flow rate through each exit can very by as much as 30% depending on the location of the table.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.7
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pp.937-944
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1999
The near-wall flow structures of turbulent boundary layer over riblets having semi-circular grooves were investigated experimentally for the drag decreasing ($s^+=25.2$) and drag increasing ($s^+=40.6$) cases. The field of view used for tho velocity field measurement was $6.75{\times}6.75mm^2$ in physical dimension, containing two grooves. One thousand instantaneous velocity fields over the riblets were extracted for each case of drag increase and decrease. For comparison, five hundreds instantaneous velocity fields over a smooth flat plate were also obtained under the same flow conditions. To see the global flow structure qualitatively, the flow visualization was also performed using the synchronized smoke-wire technique. For the drag decreasing case ($s^+=25.2$), most of the streamwise vortices stay above the riblets, interacting with the riblet tips. The high-speed in-rush flow toward the riblet surface rarely influences the flow inside tho riblet valleys submerged in the viscous sublayer. The riblet tips seem to impede the spanwise movement of the longitudinal vortices and induce secondary vortices. The turbulent kinetic energy in the riblet valley is sufficiently small to compensate the increased wetted area of the riblets. In addition, in the logarithmic region, the turbulent kinetic energy are small or almost equal to that of a smooth flat plato. For the drag increasing case ($s^+=40.6$), however, the streamwise vortices move into the riblet valley freely, interacting directly with the riblet inner surface. The penetration of the high-speed in-rush flow on the riblets increases tho skin-friction. The turbulent kinetic energy is increased in the riblet valleys and even in the outer region compared to that over a flat plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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