Experimental and numerical investigations were conducted to study the performance of a surface-fixed horizontal porous wave barrier in regular waves. The characteristics of the reflection and transmission coefficients, energy dissipation, and vertical wave force were examined versus different porosities of the barrier. Numerical simulations based on 3D Reynolds Averaged Navier-Stokes equations with standard low-Re k-ε turbulent closure and volume of fluid approach were accomplished and compared with the experimental results conducted in a 2D wave tank. Experimental measurements and numerical simulations were shown to be in satisfactory agreement. The qualitative wave behavior propagating over a horizontal porous barrier such as wave run-up, wave breaking, air entrapment, jet flow, and vortex generation was reproduced by CFD computation. Through the discrete harmonic decomposition of the vertical wave force on a wave barrier, the nonlinear characteristics were revealed quantitatively. It was concluded that the surface-fixed horizontal barrier is more effective in dissipating wave energy in the short wave period region and more energy conversion was observed from the first harmonic to higher harmonics with the increase of porosity. The present numerical approach will provide a predictive tool for an accurate and efficient design of the surface-fixed horizontal porous wave barrier.
This paper intends to introduce the applicability of HydroQus to a problem of a tanker collision against a semi-submersible type floating offshore wind turbine (FOWT). HydroQus is a plug-in based on potential flow theory that generates interactive hydroforces in a commercial Finite element analysis (FEA) code Abaqus/Explicit. Frequency response analyses were conducted for a 10MW capacity FOWT to obtain hydrostatic and hydrodynamic constants. The tanker was modeled with rigid elements, while elastic-plastic elements were used for the FOWT. Mooring chains were modeled to implement station keeping ability of the FOWT. Two types of fracture models were considered: constant failure strain model and combined failure strain model HC-LN model composed of Hosford-Coulomb (HC) model & localized necking (LN) model. The damage extents were evaluated by hydroforces and failure strain models. The largest equivalent plastic strain observed in the cases where both restoring force and radiation force were considered. Stress triaxiality and damage indicator analysis showed that the application of HC-LN model was suitable. It could be stated that applications of suitable failure strain model and hydrodynamics into the collision simulations were of importance.
Wu, Lianhuo;Ju, J. Woody;Zhang, Mingjin;Li, Yongle;Qin, Jingxi
Wind and Structures
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v.35
no.4
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pp.243-253
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2022
The conformal mapping method (CMM) has been broadly exploited in the study of fluid flows over airfoils and other research areas, yet it's hard to find relevant research in bridge engineering. This paper explores the feasibility of CMM in streamlined box girder bridges. Firstly, the mapping function transforming a unit circle to the streamlined box girder was solved by CMM. Subsequently, the potential flow solution of aerostatic pressure on the streamlined box girder was obtained and was compared with numerical simulation results. Finally, the aerostatic pressure attained by CMM was utilized to estimate the aerostatic coefficient and flutter performance of the streamlined box girder. The results indicate that the solution of the aerostatic pressure by CMM on the windward side is satisfactory within a small angle of attack. Considering the windward aerostatic pressure and coefficient of correction, CMM can be employed to estimate the rate of change of the lift and moment coefficients with angle of attack and the influence of the geometric shape of the streamlined box girder on flutter performance.
Ahn, Seol Ha;Lee, Chang Hyun;Kim, Kyung Dong;Kim, Dong Su;Ryu, Si Wan;Kim, Young Do
Journal of Korea Water Resources Association
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v.56
no.2
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pp.103-113
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2023
The river confluence is a section in which two rivers with different topographical and hyrodynamic characteristics are combined into one, and it is a section in which rapid flow, inflow of sediments, and hydrological topographic changes occur. In the confluence section, the flow of fluid occurs due to the difference in density due to the type of material or temperature difference, which is called a density flow. It is necessary to accurately measure and observe the confluence section including a certain section of the main stream and tributaries in order to understand the mixing behavior of the water body caused by the density difference. A comprehensive analysis of this water mixture can be obtained by obtaining flow field and flow rate information, but there is a limit to understanding the mixing of water bodies with different physical properties and water quality characteristics of rivers flowing with stratigraphic flow. Therefore, this study attempts to grasp the density flow through the water temperature distribution in the confluence section. Among the extensive data of the river, vertical data and water surface data were acquired, and through this, the stratification phenomenon of the confluence was to be confirmed. It was intended to analyze the mixed pattern of the confluence by analyzing the water mixing pattern according to the water temperature difference using the vertical data obtained by measuring the repair volume by installing the ADCP on the side of the boat and measuring the real-time concentration using YSI. This study can supplement the analysis results of the existing water quality measurement in two dimensions. Based on the comparative analysis, it will be used to investigate the current status of stratified sections in the water layer and identify the mixing characteristics of the downstream section of the river.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.12
no.1
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pp.1-9
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2004
The purpose of the present study is to examine the heat transport limitations in a screen mesh heat pipe for electronic cooling by theoretical analysis. Diameter of pipe was 6mm, and mesh numbers were 50, 100, 150, 200 and 250, and water was investigated as working fluid. According to the change of mesh number, wick layer, inclination and saturation temperature, the maximum heat transport limitations by capillary, entraintment, sonic and boiling were analyzed by a theoretical design method of heat pipe, including capillary pressure, pumping pressure, liquid friction coefficient in wick, vapor friction coefficient, etc. Based on the results, the capillary limitation in a small diameter of heat pipe is largely affected by mesh number and wick layer. Mesh number of 250 is desirable not to be used in pipe diameter of 6 mm, because capillary heat transport limitation decreases by the abrupt increase of liquid friction pressure due to the small liquid flow area. For the heat transport of 15 watt in 6mm diameter pipe, mesh number of 100 and one layer is an optimum wick condition, which thermal resistance is the smallest.
This study aimed to investigate the performance characteristics of vertical axis turbine of tidal energy convertor. Three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equation with shear stress transport turbulence model has been solved to analyze the fluid flow of the vertical axis turbine. The hexahedral grids have been used to construct the computational domain and the grid dependency test has been performed to find the optimum grid system. Four steps have been carried out to design the vertical axis turbine of the 100 kW class tidal energy convertor.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.1
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pp.142-155
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1992
Numerical analysis is performed for the unsteady axisymmetric two dimensional phase change problem of freezing of water around a vertical tube. Heat conduction in the tube wall and solid phase, natural convection in liquid phase and volume expansion caused by density difference between solid and liquid phases are included in the numerical analysis. Existing correlation is used for estimating density-temperature relation of water, and the effect of volume expansion is reflected as fluid velocity at the interface and the free surface. As pure water has maximum density at 4.deg. C, it is found that there exists an initial temperature at which the flow direction reverses near the interface and by this effect the slope of interface becomes reversed depending on the initial temperature of water. By considering natural convection and solid-liquid density difference in the calculation, their effects on phase change process are studied and the effects of various parameters are also studied quantitatively.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.1335-1340
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2007
The media transport systems, such as printers, copy machines, facsimiles, ATMs, cameras, etc. have been widely used and being developed rapidly. In the development of those sheet-handling machineries, it is important to predict the static and dynamic behavior of the sheet with a high degree of reliability because the sheets are fed and stacked at such a high speed. Flexible media are very thin, light and flexible, so they behave in geometric nonlinearity with large displacement and large rotation but small strain. In the flexible media analysis, aerodynamic effect from the surrounding air must be included because any small force can make large deformation. In this paper, surrounding air was modeled by incompressible Navier-Stokes flow and an arbitrary Lagranigan-Eulerian(ALE) finite element method with automatic mesh-updating technique was formulated for large domain changes. In the numerical simulations, the results with consideration of the air fast decayed and converged into static results while the results without considering air oscillated continuously.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.3
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pp.207-216
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2016
A gerotor is suitable for miniature manufacturing because it has high discharge per 1 cycle and a simple structure, while also being widely used for lubrication oil of engines and as a hydraulic source of automatic transmission. In the automobile industry, improvements in fuel efficiency and noise reduction have recently come to the fore. It has also been necessary to continuously improve the flow rate and noise of internal gear pumps for better fuel efficiency through optimal gerotor and port shape design. In this study, to develop an optimal gerotor with a new lobe shape, 2-ellipses-combined, the equation of the lobe shape was derived, and CFD analysis results were compared for 2-ellipses with those of the previous gerotors (3-ellipses and ellipse1-involuteellipse2). A performance test for the oil pump with the optimal rotor (2-ellipses) was carried out and showed good agreement with the results obtained from CFD analysis.
Snowdrift formation on roofs should be considered in snowy and windy areas to ensure the safety of buildings. Presently, the prediction of snowdrifts on roofs relies heavily on field measurements, wind tunnel tests and numerical simulations. In this paper, a new snowdrift modeling method by using CFD (Computational Fluid Dynamics) coupled with DEM (Discrete Element Method) is presented, including material parameters and particle size, collision parameters, particle numbers and input modes, boundary conditions of CFD, simulation time and inlet velocity, and coupling calculation process. Not only is the two-way coupling between wind and snow particles which includes the transient changes in snow surface topography, but also the cohesion and collision between snow particles are taken into account. The numerical method is applied to simulate the snowdrift on a typical stepped flat roof. The feasibility of using coupled CFD with DEM to study snowdrift is verified by comparing the simulation results with field measurement results on the snow depth distribution of the lower roof.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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