The flow characteristics passing a multi-point Pitot tube flow-meter of diamond shape and the characteristics of flow coefficients of the flow-meter are experimentally studied by varying combination of upstream rectangular dual elbows. The results provide the flow coefficients, which show good stability and reliability within the Reynolds number range coveted here in this study, and which can be used to measure flow-rates in practice. The variation of dual elbows upstream can change the velocity field so much that the flow pattern might thwart the precise flow measurement using the multi-point Pitot tube. The strongest swirl is detected in the case of $90^{\circ}$ dual elbow combination of all. In addition, it is observed that flow separation remains unchanged and occurs at the same point irrespective of various upstream dual elbow combinations.
The goal of paper is to investigate the flow and scalar distribution through the HP Nozzle Guide Vane (NGV) passage. Flow and scalar distribution measurement are conducted by using 5-hole pressure probe and $CO_2$ tracing technique, respectively. Three different experimental cases are considered depending on cooling flow condition. The result shows that the vortical secondary flow patterns are observed clearly and these flow characteristics maintain through the NGV passage regardless of cooling flow injection. Compared to center region, the high axial velocity flow is observed near wall region due to cooling flow injection. Without cooling flow, the $CO_2$ (scalar) distribution becomes to be uniform quickly due to the strong flow mixing phenomenon. However, in cases of cooling flow, scalar distribution is significantly non-uniform.
An efficient segregated algorithm for the coupling of velocity and pressure of incompressible fluid flow, called IDEAL Inner Doubly-Iterative Efficient Algorithm for Linked-Equations), has been proposed by the present authors. In the algorithm there exist double inner iterative processes for pressure equation at each iteration level, which almost completely overcome two approximations in SIMPLE algorithm. Thus the coupling between velocity and pressure is fully guaranteed, greatly enhancing the convergence rate and stability of solution process. The performance of the IDEAL algorithm for three-dimensional incompressible fluid flow and heat transfer problems is analyzed and a systemic comparison is made between the algorithm and three other most widely-used algorithms (SIMPLER, SIMPLEC and PISO). It is found that the IDEAL algorithm is the most robust and the most efficient one among the four algorithms compared. This new algorithm is used for the velocity prediction of a new interface capturing method. VOSET, also proposed by the present author. It is found that the combination of VOSET and IDEAL can appreciably enhance both the interface capture accuracy and convergence rate of computations.
An efficient segregated algorithm for the coupling of velocity and pressure of incompressible fluid flow, called IDEAL (Inner Doubly-Iterative Efficient Algorithm for Linked-Equations), has been proposed by the present authors. In the algorithm there exist double inner iterative processes for pressure equation at each iteration level, which almost completely overcome two approximations in SIMPLE algorithm. Thus the coupling between velocity and pressure is fully guaranteed, greatly enhancing the convergence rate and stability of solution process. The performance of the IDEAL algorithm for three-dimensional incompressible fluid flow and heat transfer problems is analyzed and a systemic comparison is made between the algorithm and three other most widely-used algorithms (SIMPLER, SIMPLEC and PISO). It is found that the IDEAL algorithm is the most robust and the most efficient one among the four algorithms compared. This new algorithm is used for the velocity prediction of a new interface capturing method -VOSET, also proposed by the present author. It is found that the combination of VOSET and IDEAL can appreciably enhance both the interface capture accuracy and convergence rate of computations.
Vibrational characteristics of curved pipe structures are investigated with respect to the change of inside flow velocities. Based upon the Hamilton's principle, the equations of motions are derived, and the finite element equation is constructed to solve the frequency equation for curved pipe structures. When the initial tension is neglected in cured pipes, the natural frequencies are reduced as flow velocity increases, and the rapid decreases of the natural frequencies take place. However, when the initial tension is taken into account, the natural frequencies are not changed with the change of the flow velocity. In free vibrational simulation of pipe systems, it is necessary to calculate the initial force due to the velocity and the pressure of the fluid flow from the equilibrium. The force should be included in the equation of motion of the systems to get more accurate natural frequencies. The mechanical properties like stiffness or the location of pipe support need to be changed to avoid resonance. The natural frequencies are to be isolated from the frequency range of dominant vibration modes. The angles of elbows do not affect the change of the fundamental natural frequency, but affect the change of the third or higher natural frequencies.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.491-500
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2020
The present study proposes a time domain model for the Vortex-induced Vibration (VIV) simulation of a catenary riser under the combination of the current and oscillatory flow induced by vessel motion. In this model, the hydrodynamic force of VIV comprises excitation force, hydrodynamic damping and added mass, which are taken as functions of the non-dimensional frequency and amplitude ratio. The non-dimensional frequency is related with the response frequency, natural frequency, lock-in range and the fluid velocity. The relatively oscillatory flow induced by vessel motion is taken into account in the fluid velocity. Considering that the added mass coefficient and the non-dimensional frequency can affect each other, an iterative analysis is conducted at each time step to update the added mass coefficient and the natural frequency. This model is in detail validated against the published test models. The results show that the model can reasonably reflect the effect of the added mass coefficient on the VIV, and can well predict the riser's VIV under stationary and oscillatory flow induced by vessel motion. Based on the model, this study carries out the VIV simulation of a catenary riser with harmonic vessel motion. By analyzing the bending moment near the touchdown point, it is found that under the combination of the ocean current and oscillatory flow the vessel motion may decrease the VIV response, while increase the excited frequencies. In addition, the decreasing rate of the VIV under vessel surge is larger than that under vessel heave at small vessel motion velocity, while the situation becomes opposite at large vessel motion velocity.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.6
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pp.430-437
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2003
A conveying fluid cantilever pipe subjected to a uniformly distributed tangential follower force and three moving masses upon it constitute this vibrational system. The influences of the velocities of moving masses, the distance between two moving masses, and the uniformly distributed tangential follower force have been studied on the dynamic behavior of a cantilever pipe system by numerical method. The uniformly distributed tangential follower force is considered within its critical value of a cantilever pipe without moving masses, and three constant velocities and three constant distances between two moving masses are also chosen. When the moving masses exist on pipe, as the velocity of the moving mass and the distributed tangential follower force Increases. the deflection of cantilever pipe conveying fluid is decreased, respectively Increasing of the velocity of fluid flow makes the amplitude of a cantilever pipe conveying fluid decrease. After the moving mass passed upon the pipe, the tip- displacement of a pipe is influenced by the coupling effect between interval and velocity of moving mass and the potential energy change of a cantilever pipe. Increasing of the moving mass make the frequency of the cantilever pipe conveying fluid decrease.
Spacer grid with mixing vane had been widely used in nuclear reactor core. One of the main feather of spacer grid with mixing vane was that strong swirl flow was formed after the spacer grid. The swirl flow not only changed the bubble generation in the near wall field, but also affected the bubble behaviors in the center region of the subchannel. The interaction between bubble and the swirl flow was one of the basic phenomena for the two phase flow modeling in fuel assembly. To obatin better understanding on the bubble behaviors in swirl flow, full three dimension numerical simulations were conducted in the present paper. The swirl flow was assumed in the cylindral calculation domain. The bubble interface was captured by Volume Of Fluid (VOF) method. The properties of saturated water and steam at different pressure were applied in the simulation. The bubble trajectory, motion, shape and force were obtained based on the bubble parameters captured by VOF. The simulation cases in the present study included single bubble with different size, at different angular velocity conditions and at different pressure conditions. The results indicated that bubble migrated to the center in swirl flow with spiral motion type. The lateral migration was mainly related to shear stress magnitude and bubble size. The bubble moved toward the center with high velocity when the swirl magnitude was high. The largest bubble had the highest lateral migration velocity in the present study range. The effect of pressure was small when bubble size was the same. The prelimenery simulation result would be beneficial for better understanding complex two phase flow phenomena in fuel assembly with spacer grid.
Attia, Hazem A.;Ewis, Karem M.;Abd Elmaksoud, Ibrahim H.;Awad-Allah, Nabil A.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.16
no.3
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pp.169-180
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2012
The steady hydromagnetic flow of an electrically conducting non-Newtonian fluid due to the rotation of an infinite disk is studied with heat transfer with the inclusion of the ion slip as well as Ohmic heating. The governing nonlinear momentum equations and energy equations are solved using the finite difference method. The numerical results indicate the important effect of the ion slip and the non-Newtonian fluid characteristics on the velocity and temperature distributions.
For the purpose of high-pressure and suction of fixed amount, the development of ultra-high pressure rotating helical gear positive displacement pump with no clearance had been proceeded. The CFD analysis was performed to verify the internal pressure and the discharge flow velocity of the pump. Accordingly, a flow analysis were performed by FVM technique and we were unable to obtain a successful result since the fluid domain is separated because the grid is not configured in a row in FVM flow analysis of the fully enclosed type without clearance. Because of these problems, the flow analysis was performed by MPS method which grid configuration is not needed and the internal pressure and the discharge flow velocity of the pump were confirmed through the MPS flow analysis. At 1,000 rpm rotation speed of the rotor, the minimum internal pressure of the pump was 19.5 bar, maximum pressure was 44.6 bar and average pressure was 33.9 bar. And the minimum discharge flow velocity was 64.5 m/s, maximum discharge flow velocity was 84.8 m/s and average discharge flow velocity was 76.1 m/s. Through this study, we could confirm that MPS method was more suitable than FVM method in terms of flow analysis with no clearance. In addition, the relationship of the flow velocity according to the change of ultra-high pressure rotating helical gear positive displacement pump could be identified through this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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