International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.4
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pp.320-329
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2016
An implicit method of solving the six degree-of-freedom rigid body motion equations based on the second order Adams-Bashforth-Moulten method was utilised as an improvement over the leapfrog scheme by making modifications to the rigid body motion solver libraries directly. The implementation will depend on predictor-corrector steps still residing within the hybrid Pressure Implicit with Splitting of Operators - Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations (PIMPLE) outer corrector loops to ensure strong coupling between fluid and motion. Aitken's under-relaxation is also introduced in this study to optimise the convergence rate and stability of the coupled solver. The resulting coupled solver ran on a free floating object tutorial test case when converged matches the original solver. It further allows a varying 70%-80% reduction in simulation times compared using a fixed under-relaxation to achieve the required stability.
The interest of this article lies in the proposition of using bionic method to develop a new sound absorber and analyze the efficient of this absorber in a ski cabin. Inspired by the coupling absorption structure of the skin and feather of a typical silent flying bird - owl, a bionic coupling multi-layer structure model is developed, which is composed of a micro-silt plate, porous fibrous material and a flexible micro-perforated membrane backed with airspace. The finite element simulation method with ACTRAN is applied to calculate the acoustic performance of the multi-layer absorber, the vibration modal of the ski cabin and the sound pressure level (SPL) near the skier's ears before and after pasting the absorber at the flour carpet and seats in the cabin. As expected, the SPL near the ears was significantly reduced after adding sound-absorbing material. Among them, the model 2 and model 5 showed the best sound absorption efficiency and the SPL almost reduced 5 dB. Moreover, it was most effctive for the SPL reduction with full admittance configuration at both the carpet and the seats, and the carpet contribution seems to be predominant.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.342-351
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2010
During the operation of a hydro turbine the fluid mechanical pressure loading on the turbine blades provides the driving torque on the turbine shaft. This fluid loading results in a structural load on the component which in turn causes the turbine blade to deflect. Classically, these mechanical stresses and deflections are calculated by means of finite element analysis (FEA) which applies the pressure distribution on the blade surface calculated by computational fluid dynamics (CFD) as a major boundary condition. Such an approach can be seen as a one-way coupled simulation of the fluid structure interaction (FSI) problem. In this analysis the reverse influence of the deformation on the fluid is generally neglected. Especially in axial machines the blade deformation can result in a significant impact on the turbine performance. The present paper analyzes this influence by means of fully two-way coupled FSI simulations of a propeller turbine utilizing two different approaches. The configuration has been simulated by coupling the two commercial solvers ANSYS CFX for the fluid mechanical simulation with ANSYS Classic for the structure mechanical simulation. A detailed comparison of the results for various blade stiffness by means of changing Young's Modulus are presented. The influence of the blade deformation on the runner discharge and performance will be discussed and shows for the configuration investigated no significant influence under normal structural conditions. This study also highlights that a two-way coupled fluid structure interaction simulation of a real engineering configuration is still a challenging task for today's commercially available simulation tools.
Taghizadeh, Roohollah;Goshtasbi, Kamran;Manshad, Abbas Khaksar;Ahangari, Kaveh
Advances in Energy Research
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v.6
no.1
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pp.75-90
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2019
Anthropogenic greenhouse gas emissions are rising rapidly despite efforts to curb release of such gases. One long term potential solution to offset these destructive emissions is the capture and storage of carbon dioxide. Partially depleted hydrocarbon reservoirs are attractive targets for permanent carbon dioxide disposal due to proven storage capacity and seal integrity, existing infrastructure. Optimum well completion design in depleted reservoirs requires understanding of prominent geomechanics issues with regard to rock-fluid interaction effects. Geomechanics plays a crucial role in the selection, design and operation of a storage facility and can improve the engineering performance, maintain safety and minimize environmental impact. In this paper, an integrated geomechanics workflow to evaluate reservoir caprock integrity is presented. This method integrates a reservoir simulation that typically computes variation in the reservoir pressure and temperature with geomechanical simulation which calculates variation in stresses. Coupling between these simulation modules is performed iteratively which in each simulation cycle, time dependent reservoir pressure and temperature obtained from three dimensional compositional reservoir models in ECLIPSE were transferred into finite element reservoir geomechanical models in ABAQUS and new porosity and permeability are obtained using volumetric strains for the next analysis step. Finally, efficiency of this approach is demonstrated through a case study of oil production and subsequent carbon storage in an oil reservoir. The methodology and overall workflow presented in this paper are expected to assist engineers with geomechanical assessments for reservoir optimum production and gas injection design for both natural gas and carbon dioxide storage in depleted reservoirs.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.2
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pp.139-146
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2021
In hybrid rocket combustion, the oxidizer swirl injection is frequently used to stabilize the combustion as the rotational velocity component affects the boundary layer flow. However, as the swirl strength increases, a problem arises where the combustion performance changes too much. Thus, this study attempts to control the low frequency instability while minimizing the change in combustion performance by adapting attenuated swirl injection with fuel insert used in reference [7]. To this end, a series of experimental tests were performed by varying swirl intensity and the location of the fuel insert. In the tests, the occurrence of combustion instability and combustion performance were closely monitored. The results confirmed that combustion instability was successfully suppressed at the condition of the swirl angle 6 degree and the location of fuel insert 310 mm. And, the changes in combustion pressure, O/F ratio, and fuel regression rate were found as minimal compared to the baseline case. Also the results reconfirmed that the formation of positive coupling between two high frequency oscillations in 500 Hz band, combustion pressure(p') and heat release oscillation(q'), is the necessary and sufficient condition of the occurrence of low frequency instability.
Band parameters and superconductivity of yttrium hypocarbide ($Y_2C$) have been investigated. The computations are performed using first-principles pseudopotential method within a generalized gradient approximation. The equilibrium lattice parameters have been determined and compared with experiment. Moreover, the material of interest is found to be stiffer for strains along the a-axis than those along the c-axis. A band-structure analysis of $Y_2C$ implied that the latter has a metallic character. The examination of Eliashberg Spectral Function indicates that Y-related phonon modes as well as C-related phonon modes are considerably involved in the progress of scattering of electrons. By integrating this function, the value of the average electron-phonon coupling parameter (${\lambda}$) is found to be 0.362 suggesting thus that $Y_2C$ is a weak coupling Bardeen-Copper-Schrieffer superconductor. The use of a reasonable value for the effective Coulomb repulsion parameter (${\mu}^*=0.10$) yielded a superconducting critical temperature $T_c$ of 0.59 K which is comparable with a previous theoretical value of 0.33 K. Upon compression (at pressure of 10 GPa) ${\lambda}$ and $T_c$ are increased to be 0.366 and 0.89 K, respectively, showing thus the pressure effect on the superconductivity in $Y_2C$. The spin-polarization calculations showed that the difference in the total energy between the magnetic and non-magnetic $Y_2C$ is weak.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.3
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pp.329-347
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2018
The Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method has proved to have great potentials in dealing with the wave-structure interactions. Compared with the Weakly Compressible SPH (WCSPH) method, the ISPH approach solves the pressure by using the pressure Poisson equation rather than the equation of state. This could provide a more stable and accurate pressure field that is important in the study of wave-structure interactions. This paper improves the solid boundary treatment of ISPH by using a high accuracy Simplified Finite Difference Interpolation (SFDI) scheme for the 2D wave-structure coupling problems, especially for free-moving structure. The proposed method is referred as the ISPH_BS. The model improvement is demonstrated by the documented benchmark tests and laboratory experiment covering various wave-structure interaction applications.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.32
no.8
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pp.1221-1230
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2008
Inflatable rubber dams are used for controlling flood, impounding water for recreations, preventing beach erosions, diverting water for irrigations, and generating hydropower. They are long, flexible, inflated with air, cylindrical structures on a rigid horizontal foundation such as concrete. The dam is modeled as an elastic shell inflated with air. The mechanical behaviors of the inflated dam model were investigated by using the finite element method. The analysis process such as One Way Coupling Fluid-Structure Interaction consists of two steps. First, the influences of the fluid side were investigated, viz, the shape changes of the inflated rubber dam due to the fluid motions was captured when the height of the dam was 30cm with air pressure 0.01MPa, at which the pressure distributions over the surface of the dam were calculated. And next, the structural deformations were calculated using the pressure distributions. The initial inlet velocity for flow field was set to 0.1m/s. The structural deformation behaviors were investigated. The final research goal is to develop a Korean Inflatable Rubber Dam to be used for generating small hydropower.
A vorticity-based method for the numerical solution of the two-dimensional incompressible Navier-Stokes equations is presented. The governing equations for vorticity, velocity and pressure variables are expressed in an integro-differential form. The global coupling between the vorticity and the pressure boundary conditions is fully considered in an iterative procedure when numerical schemes are employed. The finite volume method of the second order TVD scheme is implemented to integrate the vorticity transport equation with the dynamic vorticity boundary condition. The velocity field is obtained by using the Biot-Savart integral. The Green's scalar identity is used to solve the total pressure in an integral approach similar to the surface panel methods which have been well established for potential flow analysis. The present formulation is validated by comparison with data from the literature for the two-dimensional cavity flow driven by shear in a square cavity. We take two types of the cavity now: (ⅰ) driven by non-uniform shear on top lid and body forces for which the exact solution exists, and (ⅱ) driven only by uniform shear (of the classical type).
Propagation phenomena of nonlinear pressure waves in a bubbly mixture are studied. The governing equations for a bubbly mixture are derived heuristically and energy equation is incorporated with other governing equations to take thermal effects into consideration inside the bubble. This non-isothermal condition of the bubble inside is especially important when high amplitude pressure waves are treated. Keller's equation is adapted for the bubble dynamics as practical problem. Some numerical simulations are carried out for the shock tube problem using a computer program based on the above model. A comparison with experimental results of Noordzij and van Wijngaarden shows that the structure of the wave in the shock tube experiment seems to be much more significantly affected 요 the complex heat transfer phenomena inside the bubbles than by the relative translational motion between bubbles and surrounding liquid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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