Casting defects produced during the casting process seriously affect the mechanical properties of the resulting products, reduce the performance capabilities of the product, and also result in economic losses. Therefore, this paper mainly investigates the causes of defects and methods by which to reduce these defects stemming from molten metal flows in a runner system of the type widely used in the sand mold casting process. The flow characteristics of a molten alloy are difficult to observe during the actual casting process. For this reason, a water model was used to observe the flow in the casting process, and the flow in each case was recorded using high-speed cameras as part of the experimental process of this study. Several repetitive experiments were performed to improve the accuracy of the experimental results. The traditional casting system was modified according to the design rules proposed by Campbell, and the system was termed flow-adaptive gating system with a water model. Comparing the flow characteristics of traditional and adaptive gating systems with a water model shows that the bubbles in the water in the latter case are reduced more significantly than in the former case. A ceramic filter system was adapted to the flow-adaptive gating system to minimize the instability of the flow during filling, which occurs as the fluid velocity in the runner increases. In additional, the flow behavior with and without the filter system were compared. The water model system in this work was shown to be able to verify that the adaptation of the filter system brings improvements by stabilizing the flow and reducing the amount of bubbles in the runner system. Moreover, using the flow-adaptive runner system with the filter system leads to considerably stable flows in the runner system.
Due to the good corrosion resistance and machinability, copper alloy is commonly employed for shipbuilding, hydroelectric power and tidal power industries. The Cu alloy, however, has poor durability, and the seawater application at fast flow condition becomes vulnerable to cavitation damage leading to economic loss and risking safety. The HVOF(High Velocity Oxygen Fuel) thermal spray coating with WC-10Co4Cr were therefore introduced as a replacement for chromium or ceramic to minimize the cavitation damage and secure durablility under high-velocity and high-pressure fluid flow. Cavitation test was conducted in seawater at $15^{\circ}C$ and $25^{\circ}C$ with an amplitude of $30{\mu}m$ on HVOF WC-10Co4Cr coatings produced by thermal spray. The cavitation at $15^{\circ}C$ and $25^{\circ}C$ exposed the substrate in 12.5 hours and in 10 hours, respectively. Starting from 5 hours of cavitation, the coating layer continued to show damage by higher than 160% over time when the temperature of seawater was elevated from $15^{\circ}C$ to $25^{\circ}C$. Under cavitation environment, although WC-10Co4Cr has good wear resistance and durability, increase in temperature may accelerate the damage rate of the coating layer mainly due to cavitation damage.
The pressurized smoke control system in the vestibule is important for fire safety in buildings because it is concerned with egress time of people and the safety of fire fighters. The vestibule pressurization system can prevent smoke from entering the vestibule using differential pressure when fire doors are closed and using the egress velocity when fire doors are open. Air supplying units in the vestibule need to be arranged by taking account of the location of doors and the volume of the vestibule in order to assure the uniform air egress velocity through a fire door when it is open. In this study, computational fluid dynamics (CFD) simulations were conducted for the vestibule where multiple doors are installed and it was found that the reverse flow occurs when the damper position in vestibule is not appropriate.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.1
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pp.61-70
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2022
Fire damage time in high-rise buildings and wildland fire increasing every year. The use of high-pressure fire pumps is required to effectively extinguish fires. Reflecting the curvature effect of the fire hose occurring at the actual fire fighting site, this study provides a database of pressure drop, discharge velocity and maximum discharge height through C FD numerical analysis and it can provide using standards for fire extinguishing. Two Reynolds numbers of 200000 and 400000 were numerically analyzed at 0° -180° bending with water of 25℃ as a working fluid in hoses with a diameter of 65mm, a length of 15m, and a radius of curvature of 130mm. Realizable k-ε turbulence model was used and standard wall function was used. The pressure drop increases as the bending angle increases, and the maximum value at 90° and then decreases. The increasing rate is greater than the decrease. The velocity of the secondary flow also decreases after having the maximum value at 90°. The decreasing rate is greater than the increase. The turbulent kinetic energy increases to 120° and decreases with the maximum value. Pressure drop, velocity of the secondary flow, and turbulence kinetic energy are measured larger in the second bending region than in the first bending region.
Jindeog Chung;Taehwan Cho;Sunghoon Lee;Jaehoon Choi;Hakmin Lee
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.2
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pp.135-145
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2023
Developing high-fidelity Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation methods used to evaluate the airwake characteristics along a flight deck of a large ship, the various kind of data such as actual ship measurement and wind tunnel results are required to verify the accuracy of CFD simulation. Inflow velocity profile at the bow, local unsteady flow field data around the flight deck, and highly reliable wind tunnel data which were measured after reviewing Atmospheric Boundary Layer (ABL) simulation and Reynolds Number effects were also used to determine the key parameters such as turbulence model, time resolution and accuracy, grid resolution and type, inflow condition, domain size, simulation length, and so on in STAR CCM+. Velocity ratio and turbulent intensity difference between Full-scale CFD and actual ship measurement at the measurement points show less than 2% and 1.7% respectively. And differences in velocity ratio and turbulence intensity between wind tunnel test and small-scale CFD are both less than 2.2%. Based upon this fact, the selected parameters in CFD simulation are highly reliable for a specific wind condition.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.8
no.3
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pp.493-499
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2022
This paper reports the results of the eruption of a volcano on Jeju Island at a certain rate, and the tumulus formed after the eruption and the basalt that erupted from the middle of Mt. Halla washed up to the sea. We analyzed the speed when basalt underground magma breaks through the neutral zone on the ground with an absolute temperature of about 1000K and explodes at an absolute temperature of 1200K at an altitude of 1950m. The density of combustion gas becomes smaller than the surrounding air due to the plume volcanic eruption, which is the heat flow of the flame column due to buoyancy, and buoyancy is generated and an updraft is formed. Flame pillars are classified as continuous, intermittent, and buoyant flame zones. As the speed of the flame pillar of Mt. Halla (1950m) falls from the highest point it has risen, potential energy is converted into kinetic energy and is caused by the flow of fluid, solving these two equations equal, the volcanic eruption velocity is 87.5 m/s. At this time, the density of magma is inversely proportional to the temperature. Geomunoreum (456m) had an explosion speed of 42.6m/s.
The fire took place in the synthetic heat transfer fluid boiler. This study uses simulation to investigate the first, second and third passes and the temperature in the fire burner. The boiler's internal fluid is more or less unsteady due to the out of order inverter. As the operation continues, the flame's flow and speed are unsteady. The synthetic heat transfer fluid leak spouted about 120 kg/min in the form of vapor in the early period of the fire. The flame extended to the second and third passes. The highest temperature of the second and third pass is $1059^{\circ}C$ and $1007^{\circ}C$, respectively. The simulation shows that the temperature is $767^{\circ}C$ in the low part of the third pass. The synthetic heat transfer fluid spouted through the cracked part of the fire box in the first pass and accumulated on the turn table. The temperature rises to $183^{\circ}C$ in the low part of the burner. Therefore, it is expected that the temperature of the interior of the fire box is above $1200^{\circ}C$. The temperature of the burner rises to a maximum level several times in a short period. On account of that, several explosions occur in the fire burner.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.775-780
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2008
This paper reports on the internal flow of a centrifugal mini pump working at the low flow rate operating conditions. The RNG $\kappa-\varepsilon$ turbulence model was employed to simulate the three-dimensional turbulent flow in the pump. To examine and certify the simulation results, a transparent acrylic centrifugal mini pump model which is suitable for PIV measurement has been developed. The tongue region and the passages region between blades were investigated using PIV. In order to eliminate the effect of refraction on the area closed to the wall and increase the measurement accuracy, the fluorescent particles were scatted into the working fluid with the tracing particles. It is found from the calculation and PIV measurement results that there is a large area of recirculation flow near the tongue at low flow rate operating conditions. The computationally predicted water head using the $\kappa-\varepsilon$ turbulence model at low flow rate operating conditions are in very good agreement with the experimentally measured water head and the mean velocity distributions at investigation area obtained by PIV and calculation showed a satisfactory agreement as well. Meanwhile, the results of PIV measurements show that the flow status in one passage is different to another. And for capturing the internal flow detail information, the $\kappa-\varepsilon$ turbulence model is not very suitable.
Flow through compliant tubes with linear taper in wall thickness is numerically simulated by finite element analysis. For verification of the numerical method, flow through a compliant stenotic vessel is simulated and the results are compared to the existing experimental data. Steady two-dimensional flow in a collapsible channel with initial tension is also simulated and the results are compared with numerical solutions from the literature. Computational results show that as cross-sectional area decreases with the reduction in downstream pressure, flow rate increases and reaches the maximum when the speed index (mean velocity divided by wave speed) is near the unity at the point of minimum cross-section area, indicating the flow limitation or choking (flow speed equals wave speed) in one-dimensional studies. for further reductions in downstream pressure, flow rate decreases. The flow limitation or choking consist of the main reasons of waterfall effect which occurs in the airways, capillaries of lung, and other veins. Cross-sectional narrowing is significant but localized. When the ratio of downstream-to-upstream wall thickness is 2, the area throat is located near the downstream end. As this ratio is increased to 3, the constriction moves to the upstream end of the tube.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.2
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pp.105-112
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2013
The application of contra-rotating rotors for higher specific speed pump has been proposed in our studies, which is in principle effective for reducing the rotational speed and/or the pump size under the same specification of conventional axial flow pump. In the previous experiments of our prototype, the cavitation inception at the tip region of the rear rotor rather than that of the front rotor and the strong potential interaction from the suction surface of the rear rotor blade to the pressure surface of the front one were observed, indicating the possibility to further improve the pump performance by optimizing rotational speed combination between the two rotors. The present research aims at the design of rear rotor with lower rotational speed. Considering the fact that the incoming flow velocity defects at the tip region of the rear rotor, an integrated inflow model of 'forced vortex' and 'free vortex' is employed. The variation of maximum camber location from hub to tip as well as other related considerations are also taken into account for further performance improvement. The ideas cited above are separately or comprehensively applied in the design of three types of rear rotor, which are subsequently simulated in ANSYS CFX to evaluate the related pump performance and therefore the whole low speed design idea. Finally, the experimental validation is carried out on one type to offer further proofs for the availability of the whole design method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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