International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.5
no.1
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pp.18-29
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2012
This paper deals with the CFD analysis of cavitating flow in the mixed-flow pump with the specific speed of 1.64 which suffers from a high level of noise and vibrations close to the optimal flow coefficient. The ANSYS CFX package has been used to solve URANS equations together with the Rayleigh-Plesset model and the SST-SAS turbulence model has been employed to capture highly unsteady phenomena inside the pump. The CFD analysis has provided a good picture of the cavitation structures inside the pump and their dynamics for a wide range of flow coefficients and NPSH values. Cavitation instabilities were detected at 70% of the optimal flow coefficient close to the NPSH3 value (NPSH3 is the net positive suction head required for the 3% drop of the total head of the pump).
In this study, nonlinear vibrations and dynamic instabilities of a smart embedded micro shell conveying varied fluid flow and subjected to the combined electro-thermo-mechanical loadings are investigated. With the aim of designing new hydraulic sensors and actuators, the piezoelectric materials are employed for the body and the effects of applying electric field on the stability of the system as well as the induced voltage due to the dynamic behavior of the system are studied. The nonlocal piezoelasticity theory and the nonlinear cylindrical shell model in conjunction with the energy approach are utilized to mathematically modeling of the structure. The fluid flow is assumed to be isentropic, incompressible and fully develop, and for more generality of the problem both steady and time dependent flow regimes are considered. The mathematical modeling of fluid flow is also carried out based on a scalar potential function, time mean Navier-Stokes equations and the theory of slip boundary condition. Employing the modified Lagrange equations for open systems, the nonlinear coupled governing equations of motion are achieved and solved via the state space problem; forth order numerical integration and Bolotin's method. In the numerical results, a comprehensive discussion is made on the dynamical instabilities of the system (such as divergence, flutter and parametric resonance). We found that applying positive electric potential field will improve the stability of the system as an actuator or vibration amplitude controller in the micro electro mechanical systems.
Park, Jun-Sang;Ji, Young-Moo;Jun, Hyang-Sig;Jeon, Dae-Keun
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.12
no.1
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pp.7-15
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2009
A study is made of thermal plume flow model for the development of helicopter simulator over the forest fire. For the numerical analysis, a line fire model with Boussinesq fluid approximation, which is idealized by the spreading shape of forest fire on the ground, is adopted. Comparing full 2-D and 3-D numerical solutions with 2-D similarity solution, it has been built a new model that is useful for temperature prediction along the symmetric vertical axis of fire model for both cases of laminar and turbulent flow.
We developed an upwind numerical formulation based on the eigenvalues of the approximate Jacobian matrix in order to solve the hyperbolic conservation laws governing the two-fluid two-phase flow models. We obtained eight analytic eigenvalues in the two dimensions that can be used for estimate of the wave speeds essential in constructing an upwind numerical method. Two-dimensional underwater cavitation in a flow past structural shapes or by underwater explosion can be solved using this method. We present quantitative prediction of cavitation for the water tunnel wall and airfoils that has both experimental data as well as numerical results by other numerical methods and models.
Frictional heat greatly influences the friction behaviors during clutch engagement. Therefore, the engagement of a wet or dry clutch is frequently not under control by the frictional heat. In a wet clutch, the frictional temperature also specially needs to be controlled, and in many cases, the clutch material is selected to prevent a temperature rise from the friction between friction pad and separator. However, only the selection of the clutch material cannot ensure sufficient control of the temperature rise by the friction. The groove pattern on a friction pad is designed for more flow rates of transmission fluid between the contact gap of clutch pad and separator for the cooling effect. In this work, grove patterns are designed for more flow rates out of the contact gap between friction pad and separator plate. Selected groove design shows the improvement flow rates of transmission fluid through both inner and outer radius, where most of the transmission fluid flows through the outer radius when the clutch is engaged due to the centrifugal force in conventional wet clutch groove. Several comparisons of the amounts of frictional heat generated on clutch pads are made in order to verify the decrease of the temperature rise according to the flow rates along the groove patterns.
The flow in a nanopore of filtration membrane is often multiscale and consists of both the adsorbed layer flow and the intermediate continuum fluid flow. There is a controversy on which interface the slippage should occur in the nanopore filtration: On the adsorbed layer-pore wall interface or on the adsorbed layer-continuum fluid interface? What is the difference between these two slippage effects? We address these subjects in the present study by using the multiscale flow equations incorporating the slippage on different interfaces. Based on the limiting shear strength model for the slippage, it was found from the calculation results that for the hydrophobic pore wall the slippage surely occurs on the adsorbed layer-pore wall interface, however for the hydrophilic pore wall, the slippage can occur on either of the two interfaces, dependent on the competition between the interfacial shear strength on the adsorbed layer-pore wall interface and that on the adsorbed layer-continuum fluid interface. Since the slippage on the adsorbed layer-pore wall interface can be designed while that on the adsorbed layer-continuum fluid interface can not, the former slippage can result in the flux through the nanopore much higher than the latter slippage by designing a highly hydrophobic pore wall surface. The obtained results are of significant interest to the design and application of the interfacial slippage in nanoporous filtration membranes for both improving the flux and conserving the energy cost.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.9
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pp.805-815
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2010
This paper studies the influence of internal moving fluid and flow-induced structural instability of multi-wall carbon nanotubes conveying fluid. Detailed results are demonstrated for the variation of natural frequencies with flow velocity, and the flow-induced divergence and flutter instability characteristics of multi-wall carbon nanotubes conveying fluid and modelled as a thin-walled beam are investigated. Effects of various boundary conditions, Van der Waals forces, and non-classical transverse shear and rotary inertia are incorporated in this study. The governing equations and three different boundary conditions are derived through Hamilton's principle. Numerical analysis is performed by using extended Galerkin's method which enables us to obtain more exact solutions compared with conventional Galerkin's method. This paper also presents the comparison between the characteristics of single-wall and multi-wall carbon nanotubes considering the effect of van der Waals forces. Variations of critical flow velocity for different boundary conditions of two-wall carbon nanotubes are investigated and pertinent conclusion is outlined.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.8
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pp.150-159
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1999
Exhaust system is composed of several parts. Among, them , design of muffler system strongly influences on engine efficiency and noise reduction. So , through comprehension of flow characteristics inside muffler is necessary . In this study , three-dimensional steady and unsteady compressible flow analysis was performed to understand the flow characteristics, pressure loss and amplitude variation of pulsating pressure. The computational grid generation was carried out using commercial preprocessor ICEM CFD/CAE. And the three-dimensional fluid motion inside the muffler was analyzed by STAR-CD, the computational fluid dynamics code. RNG k-$\varepsilon$ tubulence model was applied to consider the complexity of the geometry and fluid motion. The steady and unsteady flow field inside muffler such as velocity distribution, pulsating pressure and pressure loss was examined. In case of unsteady state analysis, velocity of inlet region was converted from measured pulsating pressure. Experimental measurement of pressure and temperature was carried out to provide the boundary and initial condition for computational study under three engine operating conditions. As a result of this study, we could identify the flow characteristics inside the muffler and obtain the pressure loss, amplitude variation of pulsating exhaust gas.
The vibration of fuel rods in axial flow is a universally recognized issue within both engineering and academic communities due to its significant importance in ensuring structural safety. This paper aims to thoroughly investigate the stability and nonlinear vibration of a fuel rod subjected to axial flow in a newly designed high temperature gas cooled reactor. Considering the possible presence of thermal expansion and large deformation in practical scenarios, the thermal effect and geometric nonlinearity are modeled using the von Karman equation. By applying Hamilton's principle, we derive the comprehensive governing equation for this fluid-structure interaction system, which incorporates the quadratic nonlinear stiffness. To establish a connection between the fluid and structure aspects, we utilize the Galerkin method to solve the perturbation potential function, while employing mode expansion techniques associated with the structural analysis. Following convergence and validation analyses, we examine the stability of the structure under various conditions in detail, and also investigate the bifurcation behavior concerning the buckling amplitude and flow velocity. The findings from this research enhance the understanding of the underlying physics governing fuel rod behavior in axial flow under severe yet practical conditions, while providing valuable guidance for reactor design.
The operational effect of traffic signal control improvement was evaluated using the Two-Fluid Model. The parameters engaged in the Two-Fluid Model becomes food indicators to measure the quality of traffic flow due to the improvement of traffic signal operation. A series of experiment were conduced for the 31 signalized intersections in Uijeongbu City. To estimate the parameters in the Two-Fluid Model the trajectory informations of individual vehicles were collected using the CORSIM and Run Time Extension. The test results showed 35 percent decrease of average minimum trip time per unit distance. One of the parameters in the Two-Fluid Model is a measure of the resistance of the network to the degraded operation with the increased demand. The test result showed 28 percent decrease of this parameter. In spite of the simulation results of the arterial flow, it was concluded that the Two-Fluid Model is useful tool to evaluate the improvement of the traffic signal control system from the macroscopic aspect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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