Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.6
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pp.782-786
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2010
Thrust deduction related to the prediction of power performance of a ship is rather resistance increase, and as a preliminary study for it forces upon a circular cylinder in a uniform flow of ideal fluid due to singularities located behind it are investigated. The circle theorem is used to get the complex velocity potential for the flow field under consideration, and the Blasius theorem is applied to obtain forces upon the circular cylinder. As singularities sinks, point vortices and dipoles and their combinations are treated. $\varepsilon$, standing for the strength of a singularity, and $\delta$, representing the distance between the cylinder and the singularity, are important small parameters for the resistance and lateral forces. For sinks or point vortices it is shown that the dimensionless forces upon the cylinder is O($\epsilon$) if $\epsilon$= O($\delta$) is assumed, and the same holds for dipoles if $\epsilon$= O(${\delta}^3$) is supposed. Forces upon the cylinder by a symmetric pair of sinks are greater than a single sink located at the central plane since there is an additional term due to cross effects, and the same is also valid for the case of dipole. Combination of dipole and a point vortex is also considered and a few new aspects are clarified.
The objective of this study is to examine the nonlinear fluid characteristics near and inside a moonpool in various sea conditions. We estimate the flow of the free surface in a moonpool taking into account the viscosity effect and the hydrodynamic forces that affects a moonpool and hull through CFD calculations. The comparison of horizontal forces per wave length shows that the hydrodynamic force is greater for the long wave length than short wave length, and the greatest hydrodynamic force acts on the moonpool when the wave length is equal to the ship's length. The horizontal force decreases as the wave amplitude decreases, and the hydrodynamic force acting on the moonpool in ${\lambda}=LBP$ is 10 times that in ${\lambda}=LBP/3$. The free surface demonstrates the piston mode, in which it oscillates up and down while remaining essentially flat, and the rise of the free surface level increases as the wave length increases. We can assume that the hydrodynamic force acting on the moonpool increases owing to the effect of a strong vortex for ${\lambda}=LBP$ and owing to the rise of the free surface level for ${\lambda}=LBP{\times}2$.
Kim, Jungchul;Shin, Jeong Heon;Kim, Dong Ho;Choi, Jun Seok;Yoon, Seok Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.11
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pp.767-773
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2017
Printed Circuit Heat Exchanger (PCHE) has an advantage for exchanging thermal energy between high-pressure and high-temperature fluids because its core is made by diffusion bonding method of accumulated metal thin-plates which are engraved of flow channel. Moreover, because it is possible that the flow channel can be micro-size hydraulic diameter, the heat transfer area per unit volume can be made larger than traditional heat exchanger. Therefore, PCHE can have higher efficiency of heat transfer. The smaller channel size can make the larger heat transfer area per unit volume. But if high pressure fluid flows inside the channel, the channel wall can be deformed, the structure and shape of flow channel and header have to be designed appropriately. In this study, the design methodology of PCHE channel in high pressure environment based on pressure vessel codes was investigated. And this methodology was validated by computational analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.11
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pp.1123-1129
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2015
A pair of two-way valves typically is used in automotive washing machines, where the water flow direction is frequently reversed and highly pressurized clean water is sprayed to remove the oil and dirt remaining on machined engine and transmission blocks. Although this valve system has been widely used because of its competitive price, its application is sometimes restricted by surging effects, such as pressure ripples occurring in rapid changes in water flow caused by inaccurate valve control. As an alternative, one three-way reversing valve can replace the valve system because it provides rapid and accurate changes to the water flow direction without any precise control device. However, a cavitation effect occurs because of the complicated bottom plug shape of the valve. In this study, the cavitation index and percent of cavitation (POC) were introduced to numerically evaluate fluid flows via computational fluid dynamics (CFD) analysis. To reduce the cavitation effect generated by the bottom plug, the optimal shape design was carried out through a parametric study, in which a simple computer-aided engineering (CAE) model was applied to avoid time-consuming CFD analysis and difficulties in achieving convergence. The optimal shape design process using full factorial design of experiments (DOEs) and an artificial neural network meta-model yielded the optimal waist and tail length of the bottom plug with a POC value of less than 30%, which meets the requirement of no cavitation occurrence. The optimal waist length, tail length and POC value were found to 6.42 mm, 6.96 mm and 27%, respectively.
For a conventional natural-circulation type solar water heater, the pressure head is limited by the height between the storage tank and hot water tap. Therefore, it is difficult to provide sufficient hot water flow rate for general usage. This study deals with a design modification of the storage tank to utilize the tap-water pressure to increase hot-water supply Based on fluid dynamic and heat transfer theories, a series of modeling and simulation is conducted to achieve practical design requirements. An experimental setup is built and tested and the results are compared with theoretical simulation model. The storage tank capacity is 240 l and the outer diameter of piping was 15 mm. Number of tube turns tested are 5, 10, and 15. Starting with initial storage tank temperature of $80^{\circ}C$, the temperature variation of the supply hot water is investigated against time, while maintaining minimum flow rate of 10 1/min. Typical results show that the hot water supply of minimum $30^{\circ}C$ can be maintained for 34 min with tap-water supply pressure of 2.5 atm, The relative errors between modeling and experiments coincide well within 10% in most cases.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.1
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pp.1-7
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2013
Pneumatic cylinders are widely used to actuators in automatic equipments because they are relatively inexpensive, simple to install and maintain, offer robust design and operation, are available in a wide range of standard sizes and design alternatives. This paper presents a comparative study among the dynamic characteristics of meter-out and meter-in speed control of pneumatic cushion cylinders with a relief valve type cushion mechanism. Because of the nonlinear differential equations and a requirement for simultaneous iterative solution in a mathematical model of a double acting pneumatic cushion cylinder, a computer simulation is carried out to investigate pressure, temperature, mass flow rate in cushion chamber and displacement and velocity time histories of piston under various operating conditions. It is found that the piston velocity and pressure response in meter-in speed control are more oscillatory than with meter-out those when pneumatic cushion cylinders are driven at a high-speed. In meter-out speed control, the effective area of the flow control valve is larger than that of meter-in, and the supply pressure has to be much higher than the pressure required to move the load because it has also to overcome the back pressure in cushion chamber.
Kim, Young-Sik;Jeong, Hyo-Min;Chung, Han-Shik;Tanshen, Md.Riyad;Lee, Dae-Chul;Ji, Myoung-Kuk;Bae, Kang-Youl
Journal of Power System Engineering
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v.17
no.2
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pp.70-77
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2013
An experimental study was carried out to understand the heat transfer performance of a miniature loop heat pipes using water-based copper nanoparticles suspensions as the working fluid. The suspensions consisted of deionized water and copper nanoparticles with an average diameter of 80 nm. Effects of the cupper mass concentration and the operation pressure on the average evaporation and condensation heat transfer coefficients, the critical heat flux and the total heat resistance of the mLHPs were investigated and discussed. The pressure frequency also depends upon the evaporator temperature which has been maintained from $60^{\circ}C$ to $90^{\circ}C$. The Investigation shows 60% filling ratio gives the highest inside pressure magnitude of highest number pressure frequency at any of setting of evaporator temperature and 5wt% results the lowest heat flow resistance.
Hydraulic torque load simulator is essential to test and qualify the performance of various angle control systems. Typically a flapper-type second stage servovalve is applied to the load simulator, but here the direct drive servovalve, which is a kind of one-stage valve and affected by the large flow force, is applied. Since the torque load is applied not to the stationary shaft but to the rotating shaft of the angle control system, the controlled torque of load simulator is not accurate due to the rotating speed of the angle control system. A feedforward compensator is designed and applied to minimize the disturbance-like effect. A mathematical model is derived and linearized to analyze the stability, accuracy and responsiveness of the torque load simulator. The parameter effects of a controller, servovalve, hydraulic motor, rotating spring shaft are analyzed and summarized. The goodness of the linear analysis is verified by the digital computer simulations using both the linear and nonlinear mathematical models.
This paper was studied on the cavitation instability of a Solution Pump Inducer in an absorption chiller-heater. Inlet pressure of LiBr and rotational speed at nominal mode are 2,800 Pa and 3,500 rpm respectively. Due to the marginal operation of available NPSH, the cavitation performance of the inducer is critical for the stable operation without the deterioration of head performance. In the study, cavitation performance and its mode of instability was investigated experimentally. Water was used as the working fluid and the test inducer was scaled up as 1.75 times for detail measurements and flow visualization. Inlet pressure was controlled by a vacuum pump. This research focused on types of cavitation instability and phenomena to investigate the possibility of harmful damage due to cavitation instability. Casing wall pressure and instantaneous inlet pressure was measured to observe the unsteady flow characteristics. Through the visualization and spectrum analysis of pressure, the occurrence region and intensity of asymmetric cavitation and cavitation surge are analyzed in the test inducer.
Detailed structures of the counterflow flames formed for different inlet fluid temperatures and different amount of additives are studied numerically. The detailed chemical reactions are modeled by using the CHEMKIN-II code. The discrete ordinates method and the narrow band based WSGGM with a gray gas regrouping technique (WSGGM-RG) are applied for modeling the radiative transfer through non-homogeneous and non-isothermal combustion gas mixtures generated by the counterflow flames. The results compared with those obtained by using the SNB model show that the WSGGM-RG is very successful in modeling the counterflow flames with non-gray gas mixture. The numerical results also show that the addition of $CO_2\;or\;H_2O$ to the oxidant lowers the peak temperature and the NO concentration in flame. But preheat of fuel or oxidant raises the flame temperature and the NO production rates. $O_2$ enrichment also causes to raise the temperature distribution and the NO production in flame. And it is found that the $O_2$ enrichment and the fuel preheat were the major parameters in affecting the flame width.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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