International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제8권2호
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pp.153-168
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2016
Sloshing phenomenon is a complicated free surface flow problem that increases the dynamic pressure on the sidewalls and the bottom of the storage tanks. When the storage tanks are partially filled, it is essential to be able to evaluate the fluid dynamic loads on the tank's perimeter. In this paper, a numerical code was developed to determine the pressure distribution on the rectangular and trapezoidal storage tanks' perimeters due to liquid sloshing phenomenon. Assuming the fluid to be inviscid, the Laplace equation and the nonlinear free surface boundary conditions were solved using coupled boundary element - finite element method. The code performance for sloshing modeling was validated using Nakayama and Washizu's results. Finally, this code was used for partially filled rectangular and trapezoidal storage tanks and free surface displacement, pressure distribution and horizontal and vertical forces exerted on the tanks' perimeters due to liquid sloshing phenomenon were estimated and discussed.
This paper measures the hot spot temperatures in a single-phase, 154 kV, 15/20 MVA power transformer filled with natural ester fluid using optical fiber sensors and compares them with those calculated by conventional heat run tests. A total of 14 optical fiber sensors were installed on the high-voltage and low-voltage windings to measure the hot spot temperatures. In addition, three thermocouples were installed in the transformer to measure the temperature distribution during the heat run tests. In the low-voltage winding, the hot spot temperature was $108.4^{\circ}C$, calculated by the conventional heat run test. However, the hot spot temperature measured using the optical fiber sensor was $129.4^{\circ}C$ between turns 2 and 3 on the upper side of the low-voltage winding. Therefore, the hot spot temperature of the low-voltage winding measured using the optical fiber sensor was $21.0^{\circ}C$ higher than that calculated by the conventional heat run test.
An analytic similarity shape solution was studied for a two-dimensional floating and fluid-filled membrane structure. The static shape of a membrane structure can be expressed as a set of nonlinear ordinary differential equations. The integration of curvature leads to an analytic solution for the shape, which contains unknown boundary values. Matching the upper and lower shapes at the free surface incorporated with their buoyancy allowed the unknowns to be determined. Some characteristic values of similarity shapes were evaluated and shapes are illustrated for various density ratios and volume efficiency ratios.
Abstract: A technique to analyze the vibrations of internally fluid-filled, semi-infinite cylindrical shell which has strength members embedded in the shell wall under the axial static tension conditon is presented by using the characteristic wave propagation theory based on the transfer matrix calculated from the finite element matrices of a short module section, with spatial Laplace Tranform technique, and is verified by comparison with the measured results of the test performed on a real module model, and the effects of the embedded strength members on the vibrational response is calculated and discussed.
Air fluid level in a large ring shadow poses a diagnostic problem. But a new development of fluid level in preexisting bullous lesion is another problem. A 60 year old man with chronic obstructive lung disease was noticed to have multiple bullae. A few years later fluid level was newly developed in some of the bullae. Fluid level persisted for several months and later completely filled the space. Surgical exploration revealed pus collection in the bullae and epidermoid carcinoma in the nearby bronchi.
We present a direct simulation technique for two-dimensional mold-filling simulations of fluids filled with a large number of circular disk-like rigid particles. It is a direct simulation in that the hydrodynamic interaction between particles and fluid is fully considered. We employ a pseudo-concentration method for the evolution of the flow front and the DLM (distributed Lagrangian multipliers)-like fictitious domain method for the implicit treatment of the hydrodynamic interaction. Both methods allow the use of a fixed regular discretization during the entire computation. The discontinuous Galerkin method has been used to solve the concentration evolution equation and the rigid-ring description has been introduced for freely suspended particles. A buffer zone, the gate region of a finite area subject to the uniform velocity profile, has been introduced to put discrete particles into the computational domain avoiding any artificial discontinuity. From example problems of 450 particles, we investigated the particle motion and effects of particles on the flow for both Newtonian and shear-thinning fluid media. We report the prolonged particle movement toward the wall in case of a shear-thinning fluid, which has been interpreted with the shear rate distribution.
The paper studies the fluid flow profile contained between the orthotropic plate and rigid wall under the action of the moving load on the plate and main attention is focused on the fluid velocity profile in the load moving direction. It is assumed that the plate material is orthotropic one and the fluid is viscous and barotropic compressible. The plane-strain state in the plate and the plane flow of the fluid is considered. The motion of the plate is described by utilizing the exact equations of elastodynamics for anisotropic bodies, however, the flow of the fluid by utilizing the linearized Navier-Stokes equations. For the solution of the corresponding boundary value problem, the moving coordinate system associated with the moving load is introduced, after which the exponential Fourier transformation is employed with respect to the coordinate which indicates the distance of the material points from the moving load. The exact analytical expressions for the Fourier transforms of the sought values are obtained, the originals of which are determined numerically. Presented numerical results and their analyses are focused on the question of how the moving load acting on the face plane of the plate which is not in the contact with the fluid can cause the fluid flow and what type profile has this flow along the thickness direction of the strip filled by the fluid and, finally, how this profile changes ahead and behind with the distance of the moving load.
Keivani, Amirhossein;Shooshtari, Ahmad;Sani, Ahmad Aftabi
Coupled systems mechanics
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제2권2호
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pp.127-146
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2013
A closed-form solution for a fluid-structure system is presented in this article. The closed-form is used to evaluate the finite element method results through a numeric example with consideration of high frequencies of excitation. In the example, the structure is modeled as a cantilever beam with rectangular cross-section including only shear deformation and the reservoir is assumed semi-infinite rectangular filled with compressible fluid. It is observed that finite element results deviate from the closed-form in relatively higher frequencies which is the case for the near field earthquakes.
A numerical model for fluid-structure interactions (abbr. FSI) is presented in the context of sloshing effects in movable, partially filled tanks to improve understanding of interactions between the fluid and the dynamics of a tank flexibly attached to a vehicle. The purpose of this model is to counteract the penalizing impact of the added mass effect on classical partitioned FSI coupling scheme: the proposed investigation is based on an added mass corrected version of the classical strongly coupled partitioned scheme presented in (Song et al. 2013). Results show that this corrected version systematically allows convergence to the coupled solution. In the rare cases where convergence is already obtained, the corrected version significantly reduces the number of iterations required. Finally, it is shown that the convergence limit imposed by added mass effect for the non-corrected coupling scheme, is directly dependent on the aspect ratio of the fluid domain and highly related to the precision order of the temporal discretization scheme.
This paper presents the vibration characteristics of an intelligent cantilever beam in contact with a fluid using a PZT actuator and PVDF film. The dynamic behaviors of a flexible beam-water interaction system are examined. The effect of the liquid level on free vibration of the composite beam in a partially liquid-filled circular cylinder is investigated. The coupled system is subject to an undisturbed boundary condition in the fluid domain. It was found that the coupled natural frequencies decreased with the fluid level for the identical composite beam due to added mass effect. In case of the free-free boundary condition, the natural frequency gently decreased at fluid water level betw...
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