Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.2
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pp.96-107
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2018
Flow analysis using computational fluid dynamics was conducted to investigate the effect of the igniter flame caused by the gap between the igniter and the propellant grain in a solid rocket motor. Two propellant grain types were assumed; namely cylinder type (1 mm, 3 mm, and 5 mm gap) and the slot type. The slot type had two igniter hole locations. One was located at the small gap of the propellant grain, and the other one was located at the large gap. In the case of the cylinder type, the pressure in the igniter zone was higher with a thinner gap. Additionally, in the case of the cylinder type, the pressure difference between the igniter installed zone and the free volume was also higher as the gap became lower. The cylinder types were affected by the gap distance, but the slot types were not. Moreover, the results of the slot types were similar to the 5-mm gap case of the cylinder type.
A numerical simulation on the wake flow of a wind turbine which is a scaled version of a multi-megawatt wind turbine has been performed. Two different inlet conditions of averaged wind speed including one below and one above the rated wind speed were used in the simulation. Steady-state pitch angles of the blade associated with the two averaged wind speeds were imposed for the simulation. The steady state analysis based on the Reynolds averaged Navier-Stokes equations with the method of frame motion were used for the simulation to find the torque of the rotor and the wake field behind the wind turbine. The simulation results were compared with the results obtained from the wind tunnel testing. From comparisons, it was found that the simulation results on the turbine power are pretty close to the experimental values. Also, the wake results were relatively close to the experimental results but there existed some discrepancy in the shape of velocity deficit. The reason for the discrepancy is considered due to the steady state solution with the frame motion method used in the simulation. However, the method is considered useful for solutions with much reduced calculation time and reasonably good accuracy compared to the transient analysis.
In this study, the wind environment in an urban area near Sungneymun gate was numerically investigated in the cases of inflow directions. The wind fields for the target area were simulated using Geographic Information System data and Computational Fluid Dynamics model. Results, including vector fields, three-dimensional wind velocity components, and wind speeds, were analyzed to examine flow characteristics. Wind direction variability affected by buildings was shown in the target area. The complex flows around Sungneymun did not depend on the inflow direction as a boundary condition. The wind speed around Sungneymun was generally 3 times stronger at 14 m above ground level (AGL) compared to the surface wind at 2 m AGL and relatively high in the case of easterly inflow. The effect of wind was also analyzed to be relatively significant at the southeast side of Sungneymun. Thus, it was suggested that the assessment of wind environment affected by high-rise and high-density buildings should be necessary for the architectural heritage in urban areas.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.10
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pp.1139-1146
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2012
An alternative approach for topology optimization of steady incompressible Navier-Stokes flow problems is presented by using P1 nonconforming finite elements. This study is the extended research of the earlier application of P1 nonconforming elements to topology optimization of Stokes problems. The advantages of the P1 nonconforming elements for topology optimization of incompressible materials based on locking-free property and linear shape functions are investigated if they are also valid in fluid equations with the inertia term. Compared with a mixed finite element formulation, the number of degrees of freedom of P1 nonconforming elements is reduced by using the discrete divergence-free property; the continuity equation of incompressible flow can be imposed by using the penalty method into the momentum equation. The effect of penalty parameters on the solution accuracy and proper bounds will be investigated. While nodes of most quadrilateral nonconforming elements are located at the midpoints of element edges and higher order shape functions are used, the present P1 nonconforming elements have P1, {1, x, y}, shape functions and vertex-wisely defined degrees of freedom. So its implentation is as simple as in the standard bilinear conforming elements. The effectiveness of the proposed formulation is verified by showing examples with various Reynolds numbers.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.5
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pp.500-509
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2013
This study reports a numerical analysis of the internal flow characteristics of the integrated urea-SCR muffler system with the various geometries of the multi-perforated tube which is set up between the muffler inlet and in front of SCR catalysts. The multi-perforated tube is generally used to disperse uniformly the urea-water solution spray and to make better use of the SCR catalyst, resulting in the increased $NO_x$ reduction and decreased ammonia slip. The effects of the multi-perforated tube orifice area ratios on the velocity distributions in front of the SCR catalyst, which is ultimately quantified as the uniformity index, were investigated for the optimal muffler system design. The steady flow model was applied by using a general-purpose commercial software package. The air at the room temperature was used as a working fluid, instead of the exhaust gas and urea-water solution spray mixture. From the analysis results, it was clarified that the multi-perforated tube geometry sensitively affected to the formation of the bulk swirling motion inside the plenum chamber set in front of the SCR catalyst and to the uniformity index of the velocity distribution produced at the inlet of the catalyst.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.4
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pp.429-435
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2010
In approximately fifty utilities, including KHNP (Korea Hydro & Nuclear Power), CHECWORKS is used as a tool for predicting and managing the wall thinning of carbon steel piping; this wall thinning is caused by flow-accelerated corrosion (FAC). It is known that CHECWORKS is only applicable to predict the wall thinning of piping with large bores. When dealing with small-bore steel piping, FAC engineers measure the thickness of the susceptible area that is selected on the basis of the experience and judgment of the engineer. This paper proposes the application of CHECWORKS for the management of wall thinning of small-bore piping. Four small-bore pipelines of a domestic nuclear power plant were analyzed from the viewpoints of FAC and fluid dynamics by using CHECWORKS and FLUENT code. Depending on the engineer's skill, CHECWORKS can also be used for the management of wall thinning of small-bore piping.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.8
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pp.671-676
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2014
The vortex cup is proposed as a method to transport sensitive products such as silicon wafers in manufacturing. Air through the inlet nozzle located at the top of the vortex cup flows to form a swirl in the cylinder. The flow located in the lower part of the thin gap between the vortex cup and the bottom surface escapes and generates a negative pressure that can lift objects. In this research, three-dimensional numerical simulation of the air flow field in a vortex cup is performed, and a comparison of the simulation and experimental results shows very good agreement. In addition, the vortex cup length and shape that affect the negative pressure were applied to the analysis. Through the simulation results, optimum conditions for the vortex cup shape were proposed.
To characterize the hydro-mechanical behavior of a rock joint, a rotary shear testing apparatus was devised in this study. Shear stress was driven by twisting the end of a sample in the rotary shear testing apparatus. The test results show that the rotary shear test underestimates the peak shear strength of a rock joint. The torque is known as a function of the radial distance from the axis of rotation, resulting in the radial variation of the shear stress. Fluid flow through rock joints is mainly dependent on the Joint roughness, contact area, initial aperture. To examine the dependency, the relationship between the hydraulic and the mechanical apertures for shear-flow was established by measuring the initial aperture. It shows that the mechanical aperture and the hydraulic aperture increase linearly with the dilatancy. The difference between the hydraulic and mechanical apertures describes the deviation from the behavior predicted by the parallel plate model.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.10
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pp.939-946
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2008
Euler codes or Navier-Stokes codes for compressible flows suffer severe degradation in convergence as Mach number approaches zero. The convergence problem arose from the wide disparity in characteristic speeds can be solved using preconditioning methods without large modifications. In this paper, a preconditioned RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) solver is developed for analysis of low Mach number flows. In order to validate the method, computational examples are chosen and the results are compared with the experimental data and the existing computed results showing a good accuracy and convergence characteristics for steady inviscid, laminar and turbulent flows at low Mach number.
For developing high performance fuel cell, peripheral devices and key components have to be studied in priority. In this study, centrifugal pump was studied for heat recovery. For PEM fuel cell system, a four-impeller centrifugal pump was designed, tested and compared with result of commercial product (IWAKI). In addition, effects of number of impeller were analyzed by CFD. The experiment and analysis were progressed in the same conditions. The results showed the quantitative difference under 30% between the numerical and the experimental pressure difference and mass flow rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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