A theoretical and numerical investigation is performed on the flow in a micronozzle for precision-controlled sealant dispenser. The working fluid is a highly viscous epoxy used as sealant in producing LCD panels, which contains a number of tiny solid spacers. Flow analysis is conducted in order to achieve the optimal design of internal geometry of a nozzle. A simplified design analysis methodology is proposed for predicting the flow in the nozzle based on the assumption that the Reynolds number is much less than O(1). The parallel numerical computations are performed by using a CFD package FLUENT. Comparison discloses that the theoretical model gives a good prediction on the distribution of pressure and wall shear stress in the nozzle. However, the theoretical model has a difficulty in predicting the maximum wall shear stress as found in a limited region near edge by numerical computation. The theoretical and numerical simulations provide the good guideline for designing a dispensing micronozzle.
Centrifugal blowers are widely used for air handling units in industry applications. The blower has a centrifugal impeller and a scroll casing including a driving component such as an electric motor. The impeller takes forward or backward blades to induce flows into the blower, Comprehensive investigation according to the two kinds of blades is systematically carried out for a guidance of design for this kind research. It is observed that flow rate of the blower with forward blades is larger than that of the system with backward blades. Otherwise, the system noise is more pronounced in the case of the blower with forward blades. The reason is due to larger velocity from the rotating forward blades that pose obtuse angle with the circumferential direction. The distinguished characteristics are validated by a parallel experiments with a wind tunnel and in an anechoic chamber. Numerical analysis for the system shows detail information inside the blades and the casing. A series of figures to show the flow details offer deep understanding of the performance of a centrifugal blower with different blades.
High-rise apartments have a problem using natural ventilation because of the strong outdoor wind velocity. Conventional high-rise apartments have adopted mechanical ventilation systems to maintain the indoor air quality. However, it leads to the overuse of electricity and the sick house syndrome. Double-skin facade is the alternative for the high-rise building to use natural ventilation and this study is focused on the performance of the box-window, which is a kind of double-skin facades. Indoor wind velocity and HCHO concentrations are analyzed with three types of box-windows: the diagonal type, parallel type and perpendicular type. The airflow is simulated by computational fluid dynamics program. Box-windows reduce the maximum value of indoor wind velocity about 50% compared with the single window and the HCHO concentrations do not have the big difference. Box-windows could be the alternative to enhance the use of the natural ventilation and indoor air quality of the high-rise apartment.
Rupp, Isabelle;Peniguel, Christophe;Tommy-Martin, Michel
Nuclear Engineering and Technology
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제41권9호
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pp.1171-1180
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2009
The internal core baffle structure of a French Pressurized Water Reactor (PWR) consists of a collection of baffles and formers that are attached to the barrel. The connections are done thanks to a large number of bolts (about 1500). After inspection, some of the bolts have been found cracked. This has been attributed to the Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking (IASCC). The $Electricit\acute{e}$ De France (EDF) has set up a research program to gain better knowledge of the temperature distribution, which may affect the bolts and the whole structure. The temperature distribution in the structure was calculated thanks to the thermal code SYRTHES that used a finite element approach. The heat transfer between the by-pass flow inside the cavities of the core baffle and the structure was accounted for thanks to a strong thermal coupling between the thermal code SYRTHES and the CFD code named Code_Saturne. The results for the CP0 plant design show that both the high temperature and strong temperature gradients could potentially induce mechanical stresses. The CPY design, where each bolt is individually cooled, had led to a reduction of temperatures inside the structures. A new parallel version of SYRTHES, for calculations on very large meshes and based on MPI, has been developed. A demonstration test on the complete structure that has led to about 1.1 billion linear tetraedra has been calculated on 2048 processors of the EDF Blue Gene computer.
Delchini, Marc-Olivier G.;Swiler, Laura P.;Lefebvre, Robert A.
Nuclear Engineering and Technology
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제53권10호
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pp.3449-3459
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2021
With the increasing availability of high-performance computing (HPC) platforms, uncertainty quantification (UQ) and sensitivity analyses (SA) can be efficiently leveraged to optimize design parameters of complex engineering problems using modeling and simulation tools. The workflow involved in such studies heavily relies on HPC resources and hence requires pre-processing and post-processing capabilities of large amounts of data along with remote submission capabilities. The NEAMS Workbench addresses all aspects of the workflows involved in these studies by relying on a user-friendly graphical user interface and a python application program interface. This paper highlights the NEAMS Workbench capabilities by presenting a semiautomated coupling scheme between Dakota and any given package integrated with the NEAMS Workbench, yielding a simplified workflow for users. This new capability is demonstrated by running a SA of a turbulent flow in a pipe using the open-source Nek5000 CFD code. A total of 54 jobs were run on a HPC platform using the remote capabilities of the NEAMS Workbench. The results demonstrate that the semiautomated coupling scheme involving Dakota can be efficiently used for UQ and SA while keeping scripting tasks to a minimum for users. All input and output files used in this work are available in https://code.ornl.gov/neams-workbench/dakota-nek5000-study.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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제33권3호
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pp.1049-1061
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2013
In this paper, a relative heat exchange rate is numerically compared for cast-in-place concrete energy piles with different heat exchange pipe configurations, and a new design method for energy piles is proposed. An equivalent heat exchange rate was estimated for the W-type (one series loop), multiple U-type (four parallel loops), and coil-type heat exchanger installed in the same large-diameter drilled shaft. In order to simulate a cooling operation in summer by a CFD analysis, the LWT (leaving water temperature) into a energy pile was fixed at $35^{\circ}C$ and then the EWT (entering water temperature) into a heat pump was monitored. In case of continuously applying the artificial maximum cooling load for 100 hours, all of the three types of heat exchangers show the marginally similar heat exchange rate. However, in case of intermittently applying the cooling load with a cycle of 8 hours operation-16 hours off for 7 consecutive days, the coil type heat exchanger exhibits a heat exchange rate only 86 % of the multiple U-type due to measurable thermal interference between pipe loops in the energy pile. On the other hand, the W-type possesses the similar heat exchange rate to the multiple U-type. The equivalent heat exchange rates for each configuration of heat exchangers obtained from the CFD analysis were adopted for implementing the commercial design program (PILESIM2). Finally, a design method for cast-in-place concrete energy piles is proposed along with a design chart in consideration of typical design factors.
Kim, Il-Gyoum;Park, Woo-Cheul;Sohn, Sang-Suk;Kim, Young-Nam
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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제21권12호
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pp.192-199
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2020
The blower erosion phenomenon was investigated to develop a long-life blower with a volume flow rate of 10,000 ㎥/min with the required total pressure efficiency of 83% or more. The blower performance and blower erosion were predicted through numerical analysis by computational fluid dynamics(CFD). The conditions used for numerical analysis were an air volume of 16,200 ㎥/min, a rotation speed of 893 rpm, and a temperature of 330℃. The specific gravity, particle size, and amount of the dust was 3.15, 90 ㎛~212 ㎛, and is 265 kg/min, respectively. To examine the effects of a dust deflector on erosion, erosion analysis was performed by comparing the models with and without a dust deflector. Numerical analysis showed that when the dust deflector is installed, the average tended to decrease by 167% in the impeller and 133% in the boss. CFD using the Finne's model for erosion revealed a parallel restitution coefficient of 1 and a perpendicular restitution coefficient of 0.1. The blower performance of case 5 was 691.7 mmAq, and the efficiency was 83.3% when the rotation speed and the air volume flow rate were 880 rpm and 16,200 ㎥/min, respectively.
Purpose: Provision of accurate temperature measurement is an essential element to ensure a precise control in greenhouse environment. This study was organized to compare the effects of six solar radiation shields with different shapes for temperature measurement and find the most appropriate shield for greenhouse environment. Methods: A fan-aspirated radiation shield was designed and manufactured. Using the fan-aspirated radiation shield and five other shapes i.e., the cup shape, horizontal pipe, vertical pipe, parallel boards and commercial shields, temperature measurement was conducted over the lawn surface as well as greenhouse indoor environment. The measurement height varied at 0.5, 1.0 and 1.5 m from the floor. Results: The measured temperatures by the fan-aspirated radiation shield were 1.30-$1.49^{\circ}C$ lower than the values recorded by other different-shaped shields at 1.5 m of measurement height. As the measurement height decreases, observed differences between measured temperatures of the fan-aspirated radiation shield and other shields demonstrate a declining trend. However, at low measurement heights, the radiation emitted from the bottom surface would be the source of error in temperature measurement. Conclusions: The fan-aspirated radiation shield is a required tool for exact measurement of air temperature in greenhouse temperature control.
In this presentation, I talk about various fluid simulation methods that have been developed for computer graphics special effects since 1996. They are all based on CFD but sacrifice physical reality for visual plausability and time. But as the speed of computer increases rapidly and the capability of GPU (graphics processing unit) improves, methods for more physical realism have been tried. In this talk, I will focus on four aspects of fluid simulation methods for computer graphics: (1) particle level-set methods, (2) particle-based simulation, (3) methods for exact satisfaction of incompressibility constraint, and (4) GPU-based simulation. (1) Particle level-set methods evolve the surface of fluid by means of the zero-level set and a band of massless marker particles on both sides of it. The evolution of the zero-level set captures the surface in an approximate manner and the evolution of marker particles captures the fine details of the surface, and the zero-level set is modified based on the particle positions in each step of evolution. (2) Recently the particle-based Lagrangian approach to fluid simulation gains some popularity, because it automatically respects mass conservation and the difficulty of tracking the surface geometry has been somewhat addressed. (3) Until recently fluid simulation algorithm was dominated by approximate fractional step methods. They split the Navier-Stoke equation into two, so that the first one solves the equation without considering the incompressibility constraint and the second finds the pressure which satisfies the constraint. In this approach, the first step introduces error inevitably, producing numerical diffusion in solution. But recently exact fractional step methods without error have been developed by fluid mechanics scholars), and another method was introduced which satisfies the incompressibility constraint by formulating fluid in terms of vorticity field rather than velocity field (by computer graphics scholars). (4) Finally, I want to mention GPU implementation of fluid simulation, which takes advantage of the fact that discrete fluid equations can be solved in parallel.
Fluid film bearings are among the best devices used for overcoming friction and reducing wear. Surface texturing is a new surface treatment technique used for processing grooves and dimples on the lubricated surface, and it helps to minimize friction further and improve the wear resistance. In several studies, parallel surfaces, such as thrust bearings and mechanical face seals, have been investigated, but most sliding bearings have a convergent film shape. This paper presents the third part of a recent study and focuses on the effect of the groove shape on the lubrication performance of inclined slider bearings, following the two previous papers on the effects of the groove position and depth. We adopted the continuity and Navier - Stokes equations to conduct numerical analyses using FLUENT, which is a commercial computational fluid dynamics code. The groove shape adopted in the numerical analysis is rectangular and triangular, and its depth is varied. The results show that the streamlines, pressure distributions, and groove shape significantly influence the lubrication performance of the inclined slider bearing. For both shapes, the load-carrying capacity (LCC) is maximum near the groove depth, where vortices occur. In the shallow grooves, the LCC of the rectangular shape is higher, but in deeper grooves, that of the triangular shape is higher. The deeper the rectangular groove, the higher the decrease in the frictional force. The results of this study can be used as design data for various sliding bearings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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