International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.315-323
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2010
This work investigates the influence of water compressibility on pressure pulsations induced by rotor-stator interaction (RSI) in hydraulic machinery, using the commercial CFD solver ANSYS-CFX. A pipe flow example with harmonic velocity excitation at the inlet plane is simulated using different grid densities and time step sizes. Results are compared with a validated code for hydraulic networks (SIMSEN). Subsequently, the solution procedure is applied to a simplified 2.5-dimensional pump-turbine configuration in prototype with different speeds of sound as well as in model scale with an adapted speed of sound. Pressure fluctuations are compared with numerical and experimental data based on prototype scale. The good agreement indicates that the scaling of acoustic effects with an adapted speed of sound works well. With respect to pressure fluctuation amplitudes along the centerline of runner channels, incompressible solutions exhibit a linear decrease while compressible solutions exhibit sinusoidal distributions with maximum values at half the channel length, coinciding with analytical solutions of one-dimensional acoustics. Furthermore, in compressible simulation the amplification of pressure fluctuations is observed from the inlet of stay vane channels to the spiral case wall. Finally, the procedure is applied to a three-dimensional pump configuration in model scale with adapted speed of sound. Normalized Pressure fluctuations are compared with results from prototype measurements. Compared to incompressible computations, compressible simulations provide similar pressure fluctuations in vaneless space, but pressure fluctuations in spiral case and penstock may be much higher.
Since the rate and completeness of combustion in direct injection engines were controlled by the characteristics of gas flow fields and sprays, an understanding of those was essential to the design of the direct injection engines. In this study the numerical simulations of swirl effects on the characteristics of gas flow fields and sprays were performed using the spray model that could predict the interactions between gas fields and spray droplets. The governing equations were discretized by the finite volume method and the modified k- e model which included the compressibility effects due to the compression/expansion of piston was used. The results of numerical calculation of the spray characteristics in the quiescent environment were compared with the experimental data. There were good agreements between the results of calculation and the experimental data, except in the early stages of spray. In the motoring condition, the results showed that a substantial air entrainment into the spray volume was emerged and hence the squish motion was relatively unimportant during fuel injection periods. As the swirl ratio increased, the evaporation rate was increased due to the wide dispersion of the spray droplets and the strong interaction between spray droplets and gas fields.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.2
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pp.129-136
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2010
Axial piston pumps have been widely used as power sources for hydraulic systems, but studies on the fluid flow within the pump have been usually performed using 1-D analysis because of the difficulties in considering the fluid compressibility, high-speed revolution, variation of the flow rate, and complicated geometry. The goal of this study was to understand the hydraulic fluid flow within axial piston pumps by using the 3-D numerical method and the process of generating discharge pressure ripples. To improve the convergence and robustness of the simulation model, a grid system was constructed with hexahedron-type grids around the valve plate. Furthermore, we employed an empirical formula to describe the relationship between the oil density and pressure. The CFD (computational fluid dynamics) results compared well with the experimental data.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.4
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pp.58-66
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1999
The flow characteristics of supersonic ejectors is often subject to compressibility, unsteadiness and shock wave systems. The numerical works carried out thus far have been of one-dimensional analyses or some Computational Fluid Dynamics(CFD) which has been applied to only a very simplified configuration. For the design of effective ejector-pump systems the effects of secondary mass flow on the supersonic ejector flow should be fully understood. In the present work the supersonic ejector-pump flows with a secondary mass flow were simulated using CFD. A fully implicit finite volume scheme was applied to axisymmetric compressible Navier-Stokes equations. The standard two-equation turbulence model was employed to predict turbulent stresses. The results obtained showed that the flow characteristics of constant area mixing tube types were nearly independent of the secondary flow rate, but the flow fields of ejector system with the second-throat were strongly dependent on the secondary flow rate due to the effect of the back pressure near the primary nozzle exit.
Rates for the aquation of trans-[Cr(tn)$_2Cl_2]^+$ and trans-[Cr(en)(tn)Cl$_2$]^+$ ions in aqueous acidic solution have been measured by spectrophotometric method at various temperatures and pressures. Activation volumes are negative and lie in the limited range -1.7 ∼ -2.9cm$^3$mol$^{-1}$ or the complex ions. Activation entropies and activation compressibility coefficients are small negative values. From the results of thermodynamic parameters, it can be inferred that the aquation of the complex ions proceed through an associative interchange(Ia) mechanism. Furthermore, the information on possible transition state structure and reaction paths can be obtained by considering total stabilization energy of the hypothetical intermediates within the framework of angular overlap model. It is found that the theoretically predicted mechanism is consistent with the experimentally observed results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.12
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pp.1061-1069
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2010
In this study, a simplified axisymmetric model is proposed for the problem of compressible internal flow past a microgap. Using numerical and experimental methods, the phenomena of choked flows are observed; these flows are induced by the acceleration of subsonic flows past the narrow cross-section of an annular shape made by a microgap. The relation between mass flow rate and differential pressure is obtained, and by comparing the result with experimental results, the reliability of the numerical results is discussed. The generation of a supersonic jet flow and its diffraction are visualized by performing the numerical analysis of axisymmetric compressible Navier-Stokes equations. This investigation greatly extends the physical understanding of the axisymmetric compressible flow, which has a wide range of engineering applications, e.g., in the case of valves in automotive power systems.
The expansivity of clayey soils is a complicated phenomenon which may affect the stability of geotechnical structures and geo-environmental projects. In all common factors for the monitoring of soil expansion, less attention is given to anion type of pore space solutions. Therefore, this paper is concerned with the impact of various concentrations of different inorganic salts including NaCl, $Na_2SO_4$, and $Na_2CO_3$ on the macro and microstructure behavior of the expandable smectite clay. Comparison of the responses of the smectite/NaCl and smectite/$Na_2SO_4$ mixtures indicates that the effect of anion valance on the soil engineering properties is not very pronounced, regardless of the electrolyte concentration. However, at presence of carbonate as potential determining ions (PDIs) the swelling power increases up to 1.5 times compared to sulfate or chloride ions. The samples with $Na_2CO_3$ are also more deformable and show lower osmotic compressibility than the other mixtures. This demonstrates that the barrier performance of smectite greatly decreases in case of anions with the non-specific adsorption (e.g., $Cl^-$ and $SO{_4}^{2-}$) as the salinity of solution increases. Based on the results of the X-ray diffraction and sedimentation tests, the high soil volumetric changes upon exposure to carbonate is attributed to an increase in the repulsive forces between smectite basic unit layers due to the PDI effect of $CO{_3}^{2-}$ and increasing the pH level which enhance the buffering capacity of smectite. The study concluded that the nature of anion through its influence on the re-arrangement of soil microstructure and osmotic phenomena governs the hydro-mechanical parameters of expansive clays. It seems not coinciding with the double layer theory of the Gouy-Chapman double layer model.
Most of the soil used for reclamation is marine clay generated from dredging construction.The soft ground made of dredged clay has high water content and high compressibility, so the bearing capacity of the ground is very weak and it is difficult to enter the ground improvement equipment. Therefore, surface hardening treatment method is used to enter equipment prior to full-scale civil engineering work, and stabilizer is mainly used for cement series. Cement-based stabilizers have the advantage of improving the ground in a short period of time and have excellent economic efficiency, but they are disadvantageous in that they cause environmental problems due to leaching of heavy metals such as hexavalent chromium. In this study, environmental effects evaluation of dredged clay mixed with normal portland cement and environmentally friendly stabilizer was evaluated, and uniaxial compressive strength test and indoor model test were conducted to confirm the bearing capacity characteristics of the solidified layer.
Park, Jung-Wook;Kim, Taehyun;Park, Eui-Seob;Lee, Changsoo
Tunnel and Underground Space
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v.28
no.6
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pp.670-691
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2018
This study presents the research results of the BMT(Benchmark Model Test) simulations of the DECOVALEX-2019 project Task B. Task B named 'Fault slip modelling' is aiming at developing a numerical method to predict fault reactivation and the coupled hydro-mechanical behavior of fault. BMT scenario simulations of Task B were conducted to improve each numerical model of participating group by demonstrating the feasibility of reproducing the fault behavior induced by water injection. The BMT simulations consist of seven different conditions depending on injection pressure, fault properties and the hydro-mechanical coupling relations. TOUGH-FLAC simulator was used to reproduce the coupled hydro-mechanical process of fault slip. A coupling module to update the changes in hydrological properties and geometric features of the numerical mesh in the present study. We made modifications to the numerical model developed in Task B Step 1 to consider the changes in compressibility, Permeability and geometric features with hydraulic aperture of fault due to mechanical deformation. The effects of the storativity and transmissivity of the fault on the hydro-mechanical behavior such as the pressure distribution, injection rate, displacement and stress of the fault were examined, and the results of the previous step 1 simulation were updated using the modified numerical model. The simulation results indicate that the developed model can provide a reasonable prediction of the hydro-mechanical behavior related to fault reactivation. The numerical model will be enhanced by continuing interaction and collaboration with other research teams of DECOVALEX-2019 Task B and validated using the field experiment data in a further study.
Slug tests can be adopted to estimate hydraulic conductivity of the slurry trench wall backfill for its abilities to reflect the in-situ performance of the construction. A comprehensive three-dimensional numerical model is developed to simulate the slug test in a slurry trench wall considering the presence of bentonite cake on the interface boundaries between the wall and the surrounding soil formation. Influential factors such as wall width (i.e., proximity of wall boundary), well deviation, vertical position of well intake section, compressibility of wall backfill, etc. are taken into account in the model. A series of simulation results are examined to evaluate the bentonite cake effect in analyzing practical slug test results in the slurry trench wall. The results show that the modified line-fitting method can be used without any correction factor for the slug test in the slurry trench wall with the presence of bentonite cake. A case study is reanalyzed with the assumption of existing bentonite cake. The results are compared with the previously reported results by the approaches assuming no bentonite cake (constant-head boundary) or upper-bound solution (no-flux boundary). The case study demonstrates the bentonite cake effect and the validity of the modified line-fitting method in the estimation of the hydraulic conductivity of the slurry wall backfill.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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