The main objective of this study is to investigate the turning and zig-zag maneuvering performance of the well-known naval surface combatant DTMB (David Taylor Model Basin) 5415 hull with URANS (Unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes) method. Numerical simulations of static drift tests have been performed by a commercial RANS solver based on a finite volume method (FVM) in an unsteady manner. The fluid flow is considered as 3-D, incompressible and fully turbulent. Hydrodynamic analyses have been carried out for a fixed Froude number 0.28. During the analyses, the free surface effects have been taken into account using VOF (Volume of Fluid) method and the hull is considered as fixed. First, the code has been validated with the available experimental data in literature. After validation, static drift, static rudder and drift and rudder tests have been simulated. The forces and moments acting on the hull have been computed with URANS approach. Numerical results have been applied to determine the hydrodynamic maneuvering coefficients, such as, velocity terms and rudder terms. The acceleration, angular velocity and cross-coupled terms have been taken from the available experimental data. A computer program has been developed to apply a fast maneuvering simulation technique. Abkowitz's non-linear mathematical model has been used to calculate the forces and moment acting on the hull during the maneuvering motion. Euler method on the other hand has been applied to solve the simultaneous differential equations. Turning and zig-zag maneuvering simulations have been carried out and the maneuvering characteristics have been determined and the numerical simulation results have been compared with the available data in literature. In addition, viscous effects have been investigated using Eulerian approach for several static drift cases.
A micro zoom system without moving elements by use of two liquid lenses is designed and optimized in this paper. The zoom equations of the system composed of two liquid lenses are deduced. The structure parameters including radius and thickness of a conical double-liquid electrowetting based lens are analyzed and calculated. Because the liquid thickness varies non-linearly with the radius of the interface, it's very difficult to optimize a real liquid lens using commercial optical design software directly. Through the Application Programming Interface (API) of the optical design software CODE V, a zoom system with two real electrowetting based liquid lenses is modeled and optimized. A two-liquid-lens zoom system without moving elements, with a zoom factor of 1.8 and a compact structure of 10 mm is designed for illustration. This can be useful for the camera design of mobile phones, tablets and so on. And this paper presents a convenient way of designing and optimizing a zoom system including liquid lenses by commercial optical design software.
Kim, Hong-Won;Chung, Jae-Hoon;Ryu, Seung-Hyup;Lee, Geun Sik
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.18
no.2
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pp.22-28
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2015
The primary design goal of a compressor is focused on improving efficiency. Secondary objective is to widen the operating range of compressor. This paper presents a numerical and experimental investigation of the influence of the bleed slot on the operating range for the 1.2 MW class centrifugal compressor installed in a turbocharger. The main design parameters of the bleed slot casing are upstream slot position, inlet pipe slope, downstream slot position and width. The DOE(design of experiment) method was carried out to optimize the casing design. Numerical analyses were done by the commercial code ANSYS-CFX based on the three dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. Results showed that efficiency and pressure ratio increased as the downstream slot position and width were smaller and the upstream position was located away from the impeller inlet. Experimental works were also done with and without the bleed slot casing. The simulation results were in good agreement with the test data. Enhancement of both the surge margin up to 26.5% and the pressure ratio with the optimized bleed slot design were achieved, compared with the surge margin of only 6.6% without the bleed slot casing.
Most of the domestic cold storage rooms are inefficient for agricultural products because of temperature gradients inside the storage rooms. Temperature gradients are developed mainly by improper airflow pattern inside the storage room, which is a main cause of the spoilage of the agricultural products. There proper airflow pattern is essential to minimize these temperature gradients and the spoilage. The performance and characteristics of a cold storage room were determined as a function of airflow pattern and temperature distribution in forced circulation cold storage room. A commercial CFD(computational fluid dynamics) code was used to simulate 3-D airflow in the cold storage room. Solving the flow equations for the storage room, a standard k-$\varepsilon$ turbulent model was implemented to calculate steady state turbulent velocity distribution. The CFD prediction results were compared with temperature measurements inside the cold storage room. In case of pallet storage, Temperature gradients inside pallet storage was reduced because the contact area of cold air expanded through an alley of airflow in storage. But is case of bulk storage, the last temperature of storage considerably rose more than the initial temperature of storage. The reason was that bulk storage didn't include any alley of airflow in storage.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.2
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pp.193-203
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2014
Temperature-dependent stress analysis and heat transfer analysis of a rotating gas turbine blade made of functionally graded materials (FGMs) are presented considering turbine operating temperature and ceramic particle size. The material properties of functionally graded materials are assumed to vary continuously and smoothly across the thickness of the thin-walled blade. For obtaining system stiffness reflecting these characteristics, the one-dimensional heat transfer equation is applied along the thickness of the thin-walled blade for determining the temperature distribution. Using the results of the temperature analysis, the equations of motion of a rotating blade are derived with hybrid deformation variable modeling method along with the Rayleigh-Ritz assumed mode methods. The validity of the derived rotating blade model is evaluated by comparing its transient responses and temperature distribution with the results obtained using a commercial finite element code. The maximum tensile stress with operating speed and gradient index are obtained. Furthermore, the gradient index that minimizes blade temperature was investigated.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.4
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pp.159-169
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2003
In the ACI Code, the empirical equations governing deep beam design are based on low-strength concrete specimens with $f_{ck}$ in the range of 14 to 40MPa. As high-strength concrete(HSC) is becoming more and more popular, it is timely to evaluate the application of HSC deep beam. For the shear strength prediction of HSC deep beams, this paper proposed Softened Strut-and-Tie Model(SSTM) considered HSC and bending moment effect. The shear strength predictions of the proposed model, the Appendix A Strut-and-Tie Model of ACI 318-02, and Eq. of ACI 318-99 11.8 are compared with the experimental test results of 4 deep beams and the collected experimental data of 74 HSC deep beams, compressive strength in the range of 49~78MPa. The proposed SSTM performance consistently reproduced 74 HSC deep beam measured shear strength with reasonable accuracy for a wide range of concrete strength, shear span-depth ratio, and ratio of horizontal and vertical reinforcement.
This paper is the logical follow-up of four papers by the author on the subject "aerodynamics in Mars atmosphere". The aim of the papers was to evaluate the influence of two Mars atmosphere models (NASA Glenn and GRAM-2001) on aerodynamics of a capsule (Pathfinder) entering the Mars atmosphere and also to verify the feasibility of evaluating experimentally the ambient density and the ambient pressure by means of the methods by McLaughlin and Cassanto respectively, therefore to correct the values provided by the models. The study was carried out computationally by means of: i) a code integrating the equations of dynamics of an entry capsule for the computation of the trajectories, ii) two Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) codes for the solution of the 2-D, axial-symmetric and 3-D flow fields around the capsule in the altitude interval 50-100 km. The computations verified that the entry trajectories of Pathfinder from the two models, in terms of the Mach, Reynolds and Knudsen numbers, were very different. The aim of the present paper is to continue this study, considering other aerodynamic problems and then to provide a contribution to a long series of papers on the subject "aerodynamics in Mars atmosphere". More specifically, the present paper evaluated and quantified the effects from the two models of: i) chemical reactions on aerodynamic quantities in the shock layer, ii) surface temperature, therefore of the contribution of the re-emitted molecules, on local (pressure, skin friction, etc.) and on global (drag) quantities, iii) surface recombination reactions (catalyticity) on heat flux. The results verified that the models heavily influence the flow field (as per the shock wave structure) but, apart from the surface recombination reactions, the effects of the different conditions on aerodynamics of the capsule are negligible for both models and confirmed what already found in the previous paper that, because of the higher values of density from the NASA Glenn model, the effects on aerodynamics of a entry capsule are stronger than those computed by the GRAM-2001 model.
Park, Jae Hyun;Lee, Hyojin;Valderrama, Edgar Willy Rimarachin;Yim, Chungsik;Yang, Heesung
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.2
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pp.74-86
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2018
This paper presents the one-dimensional model of a hydrogen generator, where the alkali solution was supplied from the top to the dry aluminum powders. Hydrogen was produced as the solution moved downward and reacted with aluminum. The species conservation equations were considered for the hydrogen gas and alkali solution, while the energy conservation equation was applied to the gas-liquid-solid mixture as a single medium. The gas rising velocity and liquid penetration velocity were also included in the theoretical approach. The developed code was validated with the experimental data of the hydrogen production amount and collector pressure. Additionally, the model successfully predicted the various reactor properties, such as the concentrations, volume fractions, and temperatures, and is expected to help significantly in the design of a novel hydrogen generator.
The integral equation method is a powerful tool for electromagnetic numerical modeling. But the difficulty of this technique is the size of their linear equations, which demands excessive memory and calculation time to invert. This limitation of the integral equation method becomes critical in inverse problem. To overcome this limitation, a lot of approximation and series methods, such as conventional Born, modifed Born and extended Born, were developed. But all the methods need volume integration of Green tensor, which is very time consuming. In electromagnetic theory, Green tensor rapidly decreases as the distance between source and field cell increases. Therefore, the source cell which are far away from the field cell does not make an effect on the electric field of the field cell. Consequently, by ignoring the effect of Green tensor due to far away source cells, computing time for electromagnetic numerical modeling can be reduced dramatically. Comparisons of this new method against a full integral equation, extended Born approximation and series code show that the method is accurate enough much less time consuming.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.11
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pp.909-917
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2021
In this work, a one-dimensional combustor solver was constructed for the scramjet control m odel. The governing equations for fluid flow, Arrhenius based combustion kinetics, and the inje ction model were implemented into the solver. In order to validate the solver, the zero-dimensi onal ignition delay problem and one-dimensional scramjet combustion problem were considered and showed that the solver successfully reproduced the results from the literature. Subsequentl y, a ramjet analysis algorithm under subsonic speed conditions was constructed, and a study o n the inlet Mach number of the combustor was carried out through the thermal choking locatio ns at ram conditions. In such conditions, a model for precombustion shock train analysis was i mplemented, and the algorithm for transition section analysis was introduced. In addition, in or der to determine the appropriateness of the ram mode analysis in the code, the occurrence of a n unstart was studied through the length of the pseudo-shock in the isolator. A performance a nalysis study was carried out according to the geometry of the combustor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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