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.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.9
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pp.1018-1024
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2011
Liquid sloshing occurs when a partially filled liquid tank is subjected to undesirable external forces or acceleration/deceleration for positioning control. Installation of baffles is still the most popular way to suppress the sloshing, but recent successes of input shaping in reducing structural vibrations may give a possible alternative. We aim at investigating the applicability of input shaping to sloshing suppression by numerically solving fluid motions in a rectangular tank. The tank is partially filled with water and it is suddenly put into a sequence of horizontal motions of acceleration and constant speed. The flow is assumed to be two-dimensional, incompressible, and in viscid, and a VOF two-phase model is used to capture the free surface. Results show that the sloshing can be successfully suppressed by shaping the input, i.e., the velocity or acceleration profile of tank. Three different input shapers (ZII, ZVD, and two-mode convolved ZV shapers) are tested and compared in this study Among them, the convolved ZV shaper shows a best performance to eliminate the sloshing almost completely.
Proceedings of the Korean Institute of Industrial Safety Conference
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1997.11a
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pp.43-48
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1997
The smoke filling process for the atrium space containing a fire source is simulated using two types of deterministic fire modus: Zone model and Field model. The zone mode used is the CFAST(version 1.6) mode developed at the Building and Fire Research laboratories, NIST in the USA. The lied model is a self-developed fire field model based on Computational Fluid Dynamics(CFD) theories. This article is focused on finding out the smoke movement and temperature distribution in atrium space which is cubic in shape. A computational procedure for predicting velocity and temperature distribution in fro-induced flow is based on the solution, in finite volume method and non-staggered grid system, of 3-dimensional equations for the conservation of mass, momentum, energy, species and so forth. The fire model i. e. Zone model and Field model predicted similar results for Ire clear height and the smoke layer temperature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2601-2610
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1993
A numerical study on the melting process inside an isothermal spherical capsule is made. It is assumed that the phase change medium of its solid phase is heavier than the liquid phase and therefore the unmelted solid core is continuously moving downward on account of gravity forces. Such a gravity-assisted melting is commonly characterized by the existence of a thin liquid film below the solid core. The present study is motivated to present a full-equation-based analysis of the influences of the initial subcooling and the natural convection on the fluid flow and heat transfer characteristics associated with the gravity-assisted melting. In the light of the solution strategy, the present study is substantially distinguished from the existing works in that the complete set of governing equations in both the melted and unmelted regions are resolved without subdivision of the solution domains. For example, the liquid film region and the upper melted region are treated here as one domain and thus obviating laborious efforts to couple them. Numerical results are obtained by varying the Rayleigh numbers and the degree of subcooling. For the range of parameters examined, the presence of subcooling was found to impede the melting rate. The dropping velocity of the unmelted solid core was observed to affect the natural convection in the liquid significantly. When compared with the available experimental data, much improved prediction was achieved.
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.
Modelling an equilibrium atmospheric boundary layer (ABL) in computational wind engineering (CWE) and relevant areas requires the boundary conditions, the turbulence model and associated constants to be consistent with each other. Among them, the inflow boundary conditions play an important role and determine whether the equations of the turbulence model are satisfied in the whole domain. In this paper, the idea of modeling an equilibrium ABL through specifying proper inflow boundary conditions is extended to the SST $k-{\omega}$ model, which is regarded as a better RANS model for simulating the blunt body flow than the standard $k-{\varepsilon}$ model. Two new sets of inflow boundary conditions corresponding to different descriptions of the inflow velocity profiles, the logarithmic law and the power law respectively, are then theoretically proposed and numerically verified. A method of determining the undetermined constants and a set of parameter system are then given, which are suitable for the standard wind terrains defined in the wind load code. Finally, the full inflow boundary condition equations considering the scale effect are presented for the purpose of general use.
Thermal cracking is commonly modeled as plug flow reaction, neglecting the lateral gradients present. In this paper, 2-dimensional computational fluid dynamics including turbulence model and molecular reaction scheme are carried out. This simulation is solved by means of coupled implicit scheme for stable convergence of solution. The reactor is modeled as an isothermal tube, whose length is 1.2 m and radius is 0.01 m, respectively. At first, The radial profile of velocity and temperature at each point are predicted in its condition. Then the bulk temperature and conversion curve along the axial direction are compared with other published data to identify the reason why discussed variations of properties are important to product yield. Finally, defining a new non-dimensional number, Effect of interaction with turbulence, heat transfer and chemical reaction are discussed for design of thermal cracking furnace.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.4
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pp.587-593
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2002
The present research proposes a pressure based approach along with Langmuir slip condition for predicting microscale fluid flows. Using this method, gaseous slip flows in 2 -dimensional microchannels are numerically investigated. Compared to the DSMC simulation, statistical errors could be avoided and computing time is much less than that of the aforementioned molecular approach. Maxwell slip boundary condition is also studied in this research. These two slip conditions give similar results except for the pressure nonlinearity at high Knudsen number regime. However, Langmuir slip condition seems to be more promising because this does not need to calculate the streamwise velocity gradient accurately and to calibrate the empirical accommodation coefficient. The simulation results show that the proposed method using Langmuir slip condition is an effective tool for predicting compressibility and rarefaction in microscale slip flows.
Jo, Chul-Hee;Yim, Jin-Young;Chae, Kwang-Su;Park, Ro-Sik
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.23
no.1
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pp.109-113
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2009
Several tidal current power plants are being planned and constructed in Korea utilizing the strong tidal currents along the west and south coasts. A tidal current reaches 9.7 m on the west coast; there are few potential regions for tidal current power generation. The construction of a dam to store water can prevent the circulation of water, causing a great environmental impact on the coast and estuary. The tidal barrage could produce a large amount of power, but it should be carefully considered. The purpose of developing renewable energies is to minimize the environmental impact and to maximize the utilization of clean energy. To produce a great quantity of power, tidal current farms require the placement of numerous units in the ocean. The power generation is very dependent on the size of the rotor and the incoming flow velocity. Also, the interactions between devices contribute greatly to the production of power. The efficiency of a power farm is estimated to determine the production rate. This paper introduces 3 D interaction problems between rotating rotors, considering the axial, transverse, and diagonal distances between horizontal axis tidal current devices.
Kim, Sung-Chan;Lee, Sung-Ryong;Kim, Choong-Ik;Ryou, Hong-Sun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.7
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pp.976-982
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2002
In this study, smoke movement in tunnel fire with natural ventilation shaft has been investigated with various size of fire source. Gasoline pool fire with different size of diameter - 73mm, 100mm, 125mm and 154mm - was used to describe fire source. Experimental data is obtained with 1/20 model tunnel test and its results are compared with numerical results. The computation were carried out using FDS 1.0 which is a field model of fire-driven now. Temperature profiles between measured and predicted data are compared along ceiling and near the ventilation shaft. Both results are in good agreement with each other. In order to evaluating a safe egress time in tunnel fire, horizontal smoke front velocity was measured in model tunnel fire tests and those are compared with numerical results. According to the presence or absence of natural ventilation shaft, ventilation effect are estimated quantitatively. Finally, this paper shows that computational fluid dynamics(CFD) is applicable to predict fire-induced flow in tunnel.
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