The objective of the present study is to analyze the fluid flow with moving boundary using a finite element method. The algorithm uses a fractional step approach that can be used to solve low-speed flow with large density changes due to intense temperature gradients. The explicit Lax-Wendroff scheme is applied to nonlinear convective terms in the momentum equations to prevent checkerboard pressure oscillations. The ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) method is adopted for moving grids. The numerical algorithm in the present study is validated for two-dimensional unsteady flow in a driven cavity and a natural convection problem. To extend the present numerical method to engine simulations, a piston-driven intake flow with moving boundary is also simulated. The density, temperature and axial velocity profiles are calculated for the three-dimensional unsteady piston-driven intake flow with density changes due to high inlet fluid temperatures using the present algorithm. The calculated results are in good agreement with other numerical and experimental ones.
The erosion of solid particles in a pipe elbow was numerically investigated. A numerical procedure to estimate the sand erosion rate, as well as the particle motion, in the pipe elbow flow was introduced. This procedure was performed based on the combined empirical erosion model and computational fluid dynamics (CFD) analysis to consider the interaction between the particle motion and the eroded surface. The underlying turbulent flow on an Eulerian frame is described by the Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations with a $k-{\epsilon}$ turbulent model. The one-way coupled Eulerian-Lagrangian motion of the air flow and sand particles is employed to simulate the particle trajectories and particle-wall interactions on the pipe surfaces. The predicted CFD erosion magnitudes are compared with experimental data from pipe elbows. The erosion rate results do not reveal a good accordance between the simulation and experimental results. It seems that the CFD shows a slightly over-predicted erosion ratio.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.12
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pp.3970-3979
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1996
A fluid flow inside a circular cylinder subject to horizontal, circular oscillation is analyzed numerically and experimentally. The steady streaming velocities at the edges of the boundary layers on the bottom and side surfaces of the cylinder obtained in the previous paper are used as the boundary conditions in the governing equations for the steady flow motion in the interior region. The Stokes' drift velocity obtained in the previous paper also constitutes the Lagrangian velocity which is used in the momentum equations. It turns out that the interior steady flow is composed of one cell, ascending at the center and descending near the side surface, at the streaming Reynolds number 2500. However, at the streaming Reynolds number 25, the flow field is divided into two cells resulting in a descending flow at the center. The experimentally visualized flow patterns at the bottom surface agree well with the analytical solutions. The visualization experiment also confirms the flow direction as well as the center position of the cell obtained by the numerical solutions.
In this study, the shallow water equations on the sphere is simulated by the proposed method which has high spatial resolution and is based on the CIP(Cubic Interpolated Pseudoparticle) method. The governing equations are approximated on the longitude-latitudinal coordinate system. To avoid the problems resulting from the convergence of the meridians toward high-latitude and singularities on the poles, the semi-Lagrangian and finite volume method are employed. in addition, the CIP method is employed to solve the advection equations and is extended to apply on the equations in the polar coordinate system. The mathematical formulation and numerical results are also described. To verify of the efficiency, accuracy and capability of proposed algorithm, the standard test cases proposed bv Williamson et. al are simulated and the results are compared with other results. As a result, it is found that the present scheme gives a good properties in preserving shapes of solution and settles the pole problems in solving the shallow water equations on the sphere.
Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society
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v.33
no.4
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pp.63-82
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2008
The explosively growing attractiveness of the Web is commencing significant demands for a structuring analysis on various web objects. The larger the substantial number of web objects are available, the more difficult for the clients(i.e. common web users and web robots) and the servers(i.e. Web search engine) to retrieve what they really want. We have in mind focusing on the structure of web objects by introducing optimization models for more convenient and effective information retrieval. For this purpose, we represent web objects and hyperlinks as a directed graph from which the optimal structures are derived in terms of rooted directed spanning trees and Top-k trees. Computational experiments are executed for synthetic data as well as for real web sites' domains so that the Lagrangian Relaxation approaches have exploited the Top-k trees and Hop constraint resolutions. In the experiments, our methods outperformed the conventional approaches so that the complex web graph can successfully be converted into optimal-structured ones within a reasonable amount of computation time.
An accurate method is presented for vibrations of rhombic plates having three different combinations of clamped, simply supported, and free edge conditions. A specific feature here is that the analysis explicitly considers the moment singularities that occur in the two opposite corners having obtuse angles of the rhombic plates. Stationary conditions of single-field Lagrangian functional are derived using the Ritz method. Convergence studies of frequencies show that the corner functions accelerate the convergence rate of solutions. In this paper, accurate frequencies and normalized contours of the vibratory transverse displacement are presented for highly skewed rhombic plates, so that a significant effect of corner stress singularities nay be understood.
This paper examines the ice cover effects on the seismic response of concrete gravity dam-reservoir-foundation interaction systems subjected to a horizontal earthquake ground motion. ANSYS program is used for finite element modeling and analyzing the ice-dam-reservoir-foundation interaction system. The ice-dam-reservoir interaction system is considered by using the Lagrangian (displacementbased) fluid and solid-quadrilateral-isoparametric finite elements. The Sariyar concrete gravity dam in Turkey is selected as a numerical application. The east-west component of Erzincan earthquake, which occurred on 13 March 1992 in Erzincan, Turkey, is selected for the earthquake analysis of the dam. Dynamic analyses of the dam-reservoir-foundation interaction system are performed with and without ice cover separately. Parametric studies are done to show the effects of the variation of the length, thickness, elasticity modulus and density of the ice-cover on the seismic response of the dam. It is observed that the variations of the length, thickness, and elasticity modulus of the ice-cover influence the displacements and stresses of the coupled system considerably. Also, the variation of the density of the ice-cover cannot produce important effects on the seismic response of the dam.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.485-490
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2015
This paper presents development of a geometrically nonlinear triangular planar element including rotational degrees of freedom, based on the co-rotational(CR) formulation. The CR formulation is one of the efficient geometrically nonlinear formulations and it is based on the assumptions on small strain and large rotation. In this paper, modified CR formulation is suggested for the developemnt of a triangular planar element. The present development is validated regarding the static and time transient problems. The present results are compared with the results predicted by the previous researchers and those obtained by the existing commercial software.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.5
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pp.992-1002
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1988
The dynamic response of rotor-bearing systems subjected to six-component nonststionary earthquake ground accelerations is analyzed. The governing equations of motion for the rotor are derived using Lagrangian approach. The six-component earthquake inputs result in both inhomogeneous and parametric excitations, so that the conventional spectral analysis of random vibration is not applicable. The method of Monte Carlo simulation is utilized to simulate the six-component nonstationary earthquake ground motions and to determine the response statistics of rotor-bearing systems. The significant influences due to rotational motions of seismic base on the overall structural response is demonstrated by a numerical example.
The effect of galleries on the earthquake behavior of dams should be investigated to obtain more realistic results. Therefore, a roller compacted concrete (RCC) dam with and without galleries are examined under ground motion effects. For this purpose, Cine RCC dam constructed in Aydın, Turkey, is selected in applications. The optimal mesh around galleries is investigated to obtain the most realistic results. Two-dimensional finite element models of Cine RCC dam with and without galleries are prepared by using ANSYS software. Empty and full reservoir conditions were taken into account in the time-history analyses. Hydrodynamic effect of the reservoir water was taken into account considering two-dimensional fluid finite elements based on the Lagrangian approach. It is examined that how principle stresses and displacements change by height and during earthquake. The dam-foundation-reservoir interaction was taken into consideration with contact-target element pairs. The displacements and principle stress components obtained from the linear analyses are compared each other for various cases of reservoir water and galleries. According to numerical analyses, the effect of galleries is clear on the response of RCC dam. Besides, hydrodynamic water effect obviously increases the principle stress components and horizontal displacements of the dam.
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