Shin, Seung Chul;Lee, Gang Nam;Jung, Kwang Hyo;Park, Hyun Jung;Park, Il Ryong;Suh, Sung-bu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.35
no.1
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pp.38-49
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2021
Slug flow is the most common multi-phase flow encountered in oil and gas industry. In this study, the hydrodynamic features of flow in pipes investigated numerically using computational fluid dynamic (CFD) simulations for the effect of slug flow on the vertical and bent pipeline. The compressible Reynold averaged Navier-Stokes (RANS) equation was used as the governing equation, with the volume of fluid (VOF) method to capture the outline of the bubble in a pipeline. The simulations were tested for the grid and time step convergence, and validated with the experimental and theoretical results for the main hydrodynamic characteristics of the Taylor bubble, i.e., bubble shape, terminal velocity of bubble, and the liquid film velocity. The slug flow was simulated with various air and water injection velocities in the pipeline. The simulations revealed the effect of slug flow as the pressure occurring in the wall of the pipeline. The peak pressure and pressure oscillations were observed, and those magnitudes and trends were compared with the change in air and water injection velocities. The mechanism of the peak pressures was studied in relation with the change in bubble length, and the maximum peak pressures were investigated for the different positions and velocities of the air and water in the pipeline. The pressure oscillations were investigated in comparison with the bubble length in the pipe and the oscillation was provided with the application of damping. The pressures were compared with the case of a bent pipe, and a 1.5 times higher pressures was observed due to the compression of the bubbles at the corner of the bent. These findings can be used as a basic data for further studies and designs on pipeline systems with multi-phase flow.
When the rolling stocks run on the curve, the external rail has to be lifted to a certain level to balance the centrifugal force acting on the train body. Under such a situation, passengers may feel uncomfortable, and the slanted vehicle has the potential overturning risks at high speed. This paper conducted a wind tunnel test in an annular wind tunnel with φ=3.2 m based on a 1/20th scaled high-speed train (HST) model. The sensitivity of Reynolds effects ranging from Re = 0.37×106 to Re = 1.45×106 was tested based on the incoming wind from U=30 m/s to U=113 m/s. The wind speed covers the range from incompressible to compressible. The impact of roll angle ranging from γ=0° to γ=4° on train aerodynamics was tested. In addition, the boundary layer development was also analyzed under different wind speeds. The results indicate that drag and lift aerodynamic coefficients gradually stabilized and converged over U=70 m/s, which could be regeared as the self-similarity region. Similarly, the thickness of the boundary layer on the floor gradually decreased with the wind speed increase, and little changed over U=80 m/s. The rolling moment of the head and tail cars increased with the roll angle from γ=0° to γ=4°. However, the potential overturning risks of the head car are higher than the tail car with the increase of the roll angle. This study is significant in providing a reference for the overturning assessment of HST.
Turbocharger technology is one of the ways to survive in a competitive market that is facing increasing demand for fuel and improving the efficiency of vehicle engines. Turbocharging allows the engine to operate at close to its maximum power, thereby reducing the relative friction losses. One way to optimally understand the behavior of a turbocharger is to better understand the heat flow. In this paper, a 1.7 liter, 4 cylinder and 16 air valve gasoline engine turbocharger with compressible, viscous and 3D flow was investigated. The purpose of this paper is numerical investigation of the number of heat transfer in gasoline engines turbochargers under 3D flow and to examine the effect of different types of coatings on its performance; To do this, modeling of snail chamber and turbine blades in CATIA and simulation in ANSYS-FLUENT software have been used to compare the results of turbine with experimental results in both adiabatic and non-adiabatic (heat transfer) conditions. It should be noted that the turbine blades are modeled using multiple rotational coordinate methods. In the experimental section, we simulated our model without coating in two states of adiabatic and non-adiabatic. Then we matched our results with the experimental results to prove the validation of the model. Comparison of numerical and experimental results showed a difference of 8-10%, which indicates the accuracy and precision of numerical results. Also, in our studies, we concluded that the highest effective power of the turbocharged engine is achieved in the adiabatic state. We also used three types of SiO2, Sic and Si3N4 ceramic coatings to investigate the effect of insulating coatings on turbine shells to prevent heat transfer. The results showed that SiO2 has better results than the other two coatings due to its lower heat transfer coefficient.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.6
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pp.400-406
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2021
The primary effect of the far-field underwater explosion (UNDEX) is the whipping of the ship hull girder. This paper aims to verify why inelastic effects should be considered in the whipping response estimations from the UNDEX simulations. A navy ship was modeled using Timoshenko beam elements over the ship length uniformly keeping the constant midship section modulus. The transient UNDEX pressure was produced using two types of the Geers-Hunter doubly-asymptotic models: compressible and incompressible fluids. Because the UNDEX model based on incompressible fluid assumption provided more increased fluid volume acceleration in the bubble phase, the incompressible fluid-based UNDEX model was adopted for the inelastic whipping response analyses. The non-linear hull girder bending moment-curvature curve was used to embed inelastic effects in the UNDEX analyses where the Smith method was applied to derive the non-linear stiffness. We assumed two stand-off distances to see more apparent inelastic effects: 40.5 m and 35.5 m. In the case of the 35.5 m stand-off distance, there was a statistically significant inelastic effect in terms of the average of peak moments and the average exceeding proportional limit moments. For the conservative design of a naval ship under UNDEX, it is recommended to use incompressible fluid. In the viewpoint of cost-effective naval ship design, the inelastic effects should be taken into account.
The pressure-mitigating effects of a high-speed train passing through a tunnel with a partially reduced cross-section are investigated via the numerical approach. A compressible, three-dimensional RNG k-ε turbulence model and a hybrid mesh strategy are adopted to reproduce that event, which is validated by the moving model test. Three step-like tunnel forms and two additional transitions at the tunnel junction are proposed and their aerodynamic performance is compared and scrutinized with a constant cross-sectional tunnel as the benchmark. The results show that the tunnel step is unrelated to the pressure mitigation effects since the case of a double-step tunnel has no advantage in comparison to a single-step tunnel, but the excavated volume is an essential matter. The pressure peaks are reduced at different levels along with the increase of the excavated earth volume and the peaks are either fitted with power or logarithmic function relationships. In addition, the Arc and Oblique-transitions have very limited gaps, and their pressure curves are identical to each other, whereas the Rec-transition leads to relatively lower pressure peaks in CPmax, CPmin, and ΔCP, with 5.2%, 4.0%, and 4.1% relieved compared with Oblique-transition. This study could provide guidance for the design of the novel railway tunnel.
As a conventional line-fitting method, the Bouwer and Rice method has been popularly adopted to estimate the hydraulic conductivity of an aquifer through a slug test. Because a vertical cutoff wall is usually very compressible and features a small wall thickness, the Bouwer and Rice method should be carefully applied to analyzing slug test results to estimate the hydraulic conductivity of vertical cutoff walls. In addition, a relatively impermeable layer, called a filter cake, formed at the interface between the cutoff wall and the natural soil formation makes it difficult to use the Bouwer and Rice method directly. In order to overcome such limitations, the original Bouwer and Rice method has been modified by incorporating the concept of the flow net method. In this modification, the geometry condition of cutoff walls including the filter cake is effectively considered in evaluating the hydraulic conductivity of a vertical cutoff wall.
The pipping system is widely used in many industries as equipment for transporting fluids over long distances. In high-pressure pipe, as the speed of the fluid increases, a loud noise is generated. Therefore, various studies have been conducted to reduce pipe noise. In this paper, a pipe noise analysis was developed to predict and quantitatively assess the flow-induced vibration and acoustic-induced vibration due to valve flow in high-temperature and high-pressure. To do this, a high-fidelity fluid analysis technique was developed for predicting internal flow in the pipe with valve. In additional, the contribution of compressible/incompressible pressure by frequency band was evaluated using the wavenumber-frequency analysis. To predict a low/middle frequency pipe noise, the vibroacoustic analysis method was developed based on Finite Element Method (FEM). And the pipe noise prediction method for the middle/high frequency was developed based on Statistical Energy Analysis (SEA).
Minseung Jung;Jaehwan Kim;Hyung-Suk Jang;Jonghwan Kim;Cheolung Cheong;Kwongi Lee
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.43
no.1
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pp.131-137
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2024
Aerodynamic noise generated by the surrounding flow of a train traveling at high speed affects both outdoor and indoor noise. This study's goal is to develop a test method to measure and quantitatively evaluate aerodynamic noise through pressure perturbation data on the train surface. To accurately evaluate aerodynamic noise, it is important to separate and evaluate the compressive and incompressible pressure fluctuations mixed in the acquired surface pressure fluctuation data. This is because the noise transmission characteristics of the two pressure fluctuations are different. First, the installation length and interval of the microphone were determined to acquire surface pressure fluctuation data, and wavenumber-frequency analysis was performed to separate incompressible pressure fluctuation and compressible pressure fluctuation to obtain a sound pressure level spectrum. Finally, as a result of comparing the test results measured in the train head and trail, It was confirmed that the pressure fluctuation on the train head surface was greater than that on the tail.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.5
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pp.163-170
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2006
Recently, piezocone penetration test is frequently used in order to estimate the characteristics of soft ground with standard penetration test, generally used in the past. In this study, the correlation of standard penetration test, piezocone penetration test and driving resistance of vertical drain is analyzed in order to increase the confidence for determination of soft ground depth. As the results of each zone, the relation between standard penetration test and piezocone penetration test shows qc=(1.09~1.63)N at the soft ground, determined by 5/30 N value which is decided for soft ground criteria. And qc=(1.21~1.98)N was shown at the point of compressible layer, evaluated by the preconsolidation pressure. And driving resistance of vertical drain is $65{\sim}70kgf/cm^2$ which is equal to $10kgf/cm^2$ of cone penetration resistance.
Batch scale experiments to investigate the efficiency of the solidification process for metal mine tailing treatment were performed. Portland and MSG (micro silica pouting) cements were used as solidifier and three kinds of mine tailings (located at Gishi, Daeryang, and Aujeon mine) were mixed with cements to paste solidified matrices. Single axis com-pressible strengths of solidified matrices were measured and their heavy metal extraction ratios were calculated to investigate the solidification efficiency of solidified matrices created in experiments. Solidified matrices ($5cm{\times}5cm{\times}5cm$) were molded from the paste of tailing and cements at various conditions such as different tailing/cement ratio, cement/water ratio, and different cement or tailing types. Compressible strengths of solidified matrices after 7, 14, and 28 day cementation were measured and their strengths ranged from 1 to $2kgf/mm^2$, which were higher than Korean limit of compressible strength for the inside wall of the isolated landfill facility ($0.21kgf/mm^2$). Heavy metal extractions from intact tailings and powdered matrices by using the weak acidic solution were performed. As concentration of extraction solution for the powdered solidified matrix (Portland cement + Gishi tailing at 1:1 w.t. ratio) decreased down to 9.7 mg/L, which was one fifth of As extraction concentration for intact Gishi tailings. Pb extraction concentration of the solidified matrix also decreased to lower than one fourth of intact tailing extraction concentration. Heavy metal extraction batch experiments by using various pH conditions of solution were also performed to investigate the solidification efficiency reducing heavy metal extraction rate from the solidified matrix. With pH 1 and 13 of solution, Zn and Pb concentration of solution were over the groundwater tolerance limit, but at pH $1{\sim}13$ of solution, heavy metal concentrations dramatically decreased and were lower than the groundwater tolerance limit. While the solidified matrix was immerged Into very acidic or basic solution (pH 1 and 13), pH of solution changed to $9{\sim}10$ because of the buffering effect of the matrix. It was suggested that the continuous extraction of heavy metals from the solidified matrix is limited even in the extremely high or low pH of contact water. Results of experiments suggested that the solidification process by using Portland and MSG cements has a great possibility to treat heavy metal contaminated mine tailing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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