Surface texturing is widely applied to reduce friction and improve the reliability of machine elements. Despite extensive theoretical studies to date, most research has been limited to parallel thrust bearings, mechanical face seals, piston rings, etc. However, most sliding bearings have a convergent film shape in the sliding direction and the hydrodynamic pressure is mainly generated by the wedge action. The results of surface texturing on inclined slider bearings are largely insufficient. This paper is the first part of a recent study focusing on the effect of the groove position on the lubrication performances of inclined slider bearings. We model a slider bearing with one rectangular groove on a fixed pad and analyze the continuity and Navier-Stokes equations using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT. The results show that the film convergence ratio and the groove position have a significant influence on the pressure and velocity distributions. There are groove positions to maximize the supporting load with the film convergence ratio and the groove reduces the frictional force acting on the slider. Therefore, the proper groove position not only improves the load-carrying capacity of the slider bearings but also reduces its frictional loss. The present results apply to various surface-textured sliding bearings and can lead to further studies.
It is currently well known that surface textures act as lubricant reservoirs, entrap wear debris, and hydrodynamic bearings, which can lead to certain increases in load-carrying capacities. Until recently, the vast majority of research has focused on parallel sliding machine components such as thrust bearings, mechanical face seals, piston rings, etc. However, most sliding bearings have a convergent film shape in the sliding direction and their hydrodynamic pressure is mainly generated by the wedge action. Following the first part of the present study that investigates the effect of groove position on the lubrication performances of inclined slider bearings, this paper focuses on the effects of groove depths and film thicknesses. Using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT, the continuity and Navier-Stokes equations are numerically analyzed. The results show that the film thickness and groove depth have a significant influence on the pressure distribution. The maximum pressure occurs at the groove depth where the vortex is found and, as the depth increases, the pressure decreases. There is also a groove depth to maximize the supporting load with the film thickness. The friction force acting on the slider decreases with deeper grooves. Therefore, properly designed groove depths, depending on the operating conditions, can improve the load-carrying capacity of inclined slider bearings as compared to the bearings without a groove.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.2
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pp.11-16
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2007
This paper describes the cycloidal wind turbine, which is a straight blade vertical axis wind turbine using the cycloidal blade system. Cycloidal blade system consists of several blades rotating about an axis in parallel direction. Each blade changes its pitch angle periodically. Cycloidal wind turbine is different from the previous turbines. The wind turbine operates with optimum rotating forces through active control of the blade to change pitch angle and phase angle according to the changes of wind direction and wind speed. Various numerical experiments were conducted to develop a small vertical axis wind turbine of 1 kW class. For this numerical analysis, the rotor system equips four blades consisting of a symmetric airfoil NACA0018 of 1.0m in span, 0.22m in chord and 1.0m in radius. A general purpose commercial CFD program, STAR-CD, was used for numerical analysis. PCL of MSC/PATRAN was used for efficient parametric auto mesh generation. Variables of wind speed, pitch angle, phase angle and rotating speed were set in the numerical experiments. The generated power was obtained according to the various combinations of these variables. Optimal pitch angle and phase angle of cycloidal blade system were obtained according to the change of the wind direction and the wind speed. Based on data obtained from the above analysis, control device was designed. The wind direction and the wind speed were sensed by a wind indicator and an anemometer. Each blades were actuated to optimal performance values by servo motors.
Recently the deeply underground tunnels have been increased along the subway railroads of urban area compared to the past subway railroads. The Shin-Gum-Ho subway station (the Fifth lines, the depth : 46m) which is the third among the deep subway stations in the Korea was chosen as the model of deeply underground stations, and attempted to do simulation of fire. This station consists of three entrance, the basement first floor (B1), the basement second floor (B2), the basement eighth floor or platform (B8) and escalators and stairs from B2 to B8. The total number of grid was about 9,000,000 to make simulation of fire and smoke from the platform to entrance in this research, and the grid system was divided into 19 blocks to increase the efficiency of this simulation. The FDS (Fire Dynamics Simulation) was chosen to make the simulation of fire, and the model of turbulent flow was LES (Large Eddy Simulation). Each block is processed in a CPU using parallel processing of MPI (Message Passing Interface). The resource of CPU for this simulation is a ten of Intel 3.0 GHz Dual CPU (20 CPU).
Park, Jang Min;Yoon, Seok Ho;Lee, Kong Hoon;Song, Chan Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.11
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pp.881-887
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2014
This paper presents numerical study on flow and heat transfer characteristics in micro-gap plate heat exchanger. In particular, we investigate the effect of flow inertia on the flow distribution from single main channel to multiple parallel micro-gaps. The flow regime of the main channel is varied from laminar regime (Reynolds number of 100) to turbulent regime (Reynolds number of 10000) by changing the flow rate, and non-uniformity of the flow distribution and temperature field is evaluated quantitatively based on the standard deviation. The flow distribution is found to be significantly affected by not only the header design but also the flow rate of the main channel. It is also observed that the non-uniformity of the temperature field has its maximum at the intermediate flow regime.
Yoon, Jong Seon;Jeon, Byoung Jin;Choi, Hyoung Gwon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.2
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pp.117-124
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2017
The performance of the colored Gauss-Seidel solver on CPU and GPU was investigated for the two- and three-dimensional heat conduction problems by using different mesh sizes. The heat conduction equation was discretized by the finite difference method and finite element method. The CPU yielded good performance for small problems but deteriorated when the total memory required for computing was larger than the cache memory for large problems. In contrast, the GPU performed better as the mesh size increased because of the latency hiding technique. Further, GPU computation by the colored Gauss-Siedel solver was approximately 7 times that by the single CPU. Furthermore, the colored Gauss-Seidel solver was found to be approximately twice that of the Jacobi solver when parallel computing was conducted on the GPU.
The plate-type fuel assembly adopted in nuclear research reactor suffers from complicated effect induced by non-uniform irradiation, which might affect its stress conditions, mechanical behavior and thermal-hydraulic performance. A reliable numerical method is of great importance to reveal the complex evolution of mechanical deformation, flow redistribution and temperature field for the plate-type fuel assembly under non-uniform irradiation. This paper is the first part of a two-part study developing the numerical methodology for the thermal-fluid-structure coupling behaviors of plate-type fuel assembly under irradiation. In this paper, the thermal-fluid-structure coupling methodology has been developed for plate-type fuel assembly under non-uniform irradiation condition by exchanging thermal-hydraulic and mechanical deformation parameters between Finite Element Model (FEM) software and Computational Fluid Dynamic (CFD) software with Mesh-based parallel Code Coupling Interface (MpCCI), which has been validated with experimental results. Based on the established methodology, the effects of non-uniform irradiation and fluid were discussed, which demonstrated that the maximum mechanical deformation with irradiation was dozens of times larger than that without irradiation and the hydraulic load on fuel plates due to differential pressure played a dominant role in the mechanical deformation.
With the world's fast expanding energy usage comes a slew of new issues. Because one-third of energy is lost in overcoming friction, tremendous effort is being directed into minimizing friction. Surface texturing is the latest surface treatment technology that uses grooves and dimples on the friction surface of the machine to significantly reduce friction and improve wear resistance. Despite the fact that many studies on this issue have been conducted, most of them focused on parallel surfaces, with relatively few cases of converging films, as in most sliding bearings. This study investigated the lubrication performance of surface-textured inclined slider bearings. We analyzed the continuity and Navier-Stokes equations using a commercial computational fluid dynamics code, FLUENT. The results show the pressure and velocity distributions and the lubrication performance according to the number and orientation of rectangular dimples. Partial texturing somewhat improves the lubrication performance of inclined slider bearings. The number of dimples with the maximum load-carrying capacity (LCC) and minimum friction is determined. When the major axis of the dimple is arranged in the sliding direction, the LCC and friction reduction are maximized. However, full texturing significantly reduces the LCC of the slider bearing and increases the flow rate. The results have the potential to improve the lubrication performance of various sliding bearings, but further research is required.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.36
no.4
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pp.295-302
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2014
This study demonstrates a double-path CDI as an alternative of advanced wastewater treatment process. While the CDI typically consists of many pairs of electrodes connected in parallel, the new double-path CDI is designed to have series flow path by dividing the module into two stages. The CFD model showed that the double-path had uniform flow distribution with higher velocity and less dead zone compared with the single-path. However, the double-path was predicted to have higher pressure drop(0.7 bar) compared the single-path (0.4 bar). From the unit cell test, the highest TDS removal efficiencies of single- and double-path were up to 88% and 91%, respectively. The rate of increase in pressure drop with an increase of flow rate was higher in double-path than single-path. At 70 mL/min of flow rate, the pressure drop of double-path was 1.67 bar, which was two times higher than single-path. When the electrode spacing was increased from 100 to $200{\mu}m$, the pressure drop of double-path decreased from 1.67 to 0.87 bar, while there was little difference in TDS removal. When proto type double-path CDI was operated using sewage water, TDS, $NH_4{^+}$-N, $NO_3{^-}$-N and $PO_4{^{3-}}$-P removal efficiencies were up to 78%, 50%, 93% and 50%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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