This paper investigated the wind-snow flow around the bogie region of a high-speed train under crosswinds using a coupled numerical method of the unsteady Realizable $k-{\varepsilon}$ turbulence model and discrete phase model (DPM). The flow features around the bogie region were discussed and the influence of bogie fairing height on the snow accumulation on the bogie was also analyzed. Here the high-speed train was running at a speed of 200 km/h in a natural environment with the crosswind speed of 15 m/s. The mesh resolution and methodology for CFD analysis were validated against wind tunnel experiments. The results show that large negative pressure occurs locally on the bottom of wheels, electric motors, gear covers, while the positive pressure occurs locally on those windward surfaces. The airflow travels through the complex bogie and flows towards the rear bogie plate, causing a backflow in the upper space of the bogie region. The snow particles mainly accumulate on the wheels, electric motors, windward sides of gear covers, side fairings and back plate of the bogie. Longer side fairings increase the snow accumulation on the bogie, especially on the back plate, side fairings and brake clamps. However, the fairing height shows little impact on snow accumulation on the upper region of the bogie. Compared to short side fairings, a full length side fairing model contributes to more than two times of snow accumulation on the brake clamps, and more than 20% on the whole bogie.
This research investigated the relationship between the corrosion damage characteristics of offshore wind steel substructure and the time of current density application by electrochemical accelerated short-term corrosion test. The galvanostatic corrosion was conducted on the steel specimens in natural seawater with a constant current density ranging from $1mA/cm^2$ to $200mA/cm^2$ for 1 ~ 180 min. Macro and micro observation was carried out on the surface of the corrosion damaged area using SEM and 3-dimensional analysis microscope. The weight loss of the specimens before and after was calculated as the difference between the initial weight prior to corrosion and weight after removal of the corrosion product. It was shown that during galvanostaic corrosion process, the corrosion behavior could be characterized by the onset of pitting corrosion in the early stage and the uniform corrosion in the late stage, showing damage development in the depth direction with the time of current application. The result of the 3D analysis revealed that both damage depth and surface roughness increased with increasing time of current application. The weight loss curves with time showed that a coefficient of determination ($R^2$) was relatively high for the relationship between the time of current application and weight loss. As a result, the degree of corrosion can be controlled by simply varying the time of current application.
Kuai, Le;Haan, Fred L. Jr.;Gallus, William A. Jr.;Sarkar, Partha P.
Wind and Structures
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v.11
no.2
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pp.75-96
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2008
A better understanding of tornado-induced wind loads is needed to improve the design of typical structures to resist these winds. An accurate understanding of the loads requires knowledge of near-ground tornado winds, but observations in this region are lacking. The first goal of this study was to verify how well a CFD model, when driven by far field radar observations and laboratory measurements, could capture the flow characteristics of both full scale and laboratory-simulated tornadoes. A second goal was to use the model to examine the sensitivity of the simulations to various parameters that might affect the laboratory simulator tornado. An understanding of near-ground winds in tornadoes will require coordinated efforts in both computational and physical simulation. The sensitivity of computational simulations of a tornado to geometric parameters and surface roughness within a domain based on the Iowa State University laboratory tornado simulator was investigated. In this study, CFD simulations of the flow field in a model domain that represents a laboratory tornado simulator were conducted using Doppler radar and laboratory velocity measurements as boundary conditions. The tornado was found to be sensitive to a variety of geometric parameters used in the numerical model. Increased surface roughness was found to reduce the tangential speed in the vortex near the ground and enlarge the core radius of the vortex. The core radius was a function of the swirl ratio while the peak tangential flow was a function of the magnitude of the total inflow velocity. The CFD simulations showed that it is possible to numerically simulate the surface winds of a tornado and control certain parameters of the laboratory simulator to influence the tornado characteristics of interest to engineers and match those of the field.
The wind-induced transient response of internal pressure following the creation of a sudden dominant opening during the occurrence of high external pressure, in low-rise residential and industrial buildings was numerically investigated. The values of the ill-defined parameters namely the flow contraction coefficient, loss coefficient and the effective slug length were calibrated by matching the analytical response with the computational fluid dynamics predictions. The effect of a sudden i.e., "instantaneously created" windward opening in the Texas Technical University (TTU) test building envelope was studied for two different envelope flexibility-leakage combinations namely: (1) a quasi-statically flexible and non-porous envelope and (2) a quasi-statically flexible and porous envelope. The responses forced by creating the openings at different time leads/lags with respect to the occurrence of the peak external pressure showed that for cases where the openings are created in close temporal proximity to the peak pressure, the transient overshoot values of internal pressure could be higher than the peak values of internal pressure in the pre-sequent or subsequent resonant response. In addition, the influence of time taken for opening creation on the level of overshoot was also investigated for the TTU building for the two different envelope characteristics. Non-dimensional overshoot factors are presented for a variety of cavity volume-opening area combinations for (1) buildings with rigid/quasi-statically flexible non-porous envelope, and (2) buildings with rigid/quasi-statically flexible and porous envelope (representing most low rise residential and industrial buildings). While the factors appear slightly on the high side due to conservative assumptions made in the analysis, a careful consideration regarding the implication of the timing and magnitude of such overshoots during strong gusts, in relation to the steady state internal pressure response in cyclonic regions, is warranted.
The physical properties of textile materials and thermal physiological responses of the human subjects were evaluated with 4 different types of the army combat uniforms including US, German, Korean and general uniforms for this study. 8 male adults were used as the human subjects and the tests were done in the environmental chamber that was $25{\pm}0.1^{\circ}C$ of temperature, $65{\pm}5%$ of relative humidity and below 0.3 m/sec of air velocity. The test protocol consisted the rest period for 20 min., the exercise period for 20 min., the rest period for 20 min., the exercise period under wind condition for 20 min., and the recovery period for 20 min. The human subjects walked with 4.5 km/hr for 10 min., ran 7.5 km/hr for 10 min. during the first exercise period and walked and ran with the same speeds under 3.5 m/sec of the air velocity that simulated outdoor condition during the second exercise period. The test results of the study were as follows; The wind condition affected the skin and microclimate temperature of the human subjects lower compared to without wind condition, but had insignificant effect on the humidity control. The low air permeability of Korean uniform caused blocking the elimination of the humidity from the body and the regulation of body temperature. However, Korean uniforms could be the excellent one with the designs considering the ventilation of the uniforms and the textile fabrics with better air permeability.
Considering the wind power system and the rotor blades which are composed of much technology, the wind power blade would be the most dangerous part because it revolves at high speed and weighs about dozens of tons, if the accident happens. Therefore, the light weight composite materials have been replacing as substitutional materials. The object of this study is to examine the delamination and damage for CFRP/GFRP hybrid composite that is used for strength improvement of a wind power blade. The influence of the initial crack length and fiber orientation for the interlaminar delamination was exposed for the blade safety. Plain woven CFRP instead of GFRP was inserted into the layer of the box spar for improving the strength and blade life. DCB(Double Cantilever Beam) specimen was used for evaluating fracture toughness and damage evaluation of interlaminar delamination. The material used in the experiment is a commercial material known as CF 3327 EPC in plain woven carbon prepreg(Hankuk Carbon Co.) and UD glass fiber prepreg(Hyundai Fiber Co.). From the results, crack growth rate is not so different according to the variation of the initial crack length. Mode I interlamainar fracture toughness of fiber direction $0^{\circ}$ is higher than that of $45^{\circ}$. Interlaminar fracture has an effect on fiber direction and K decreased with lower value according to increasing initial crack length. Also energy release rate fracture toughness was evaluated because CFRP/GFRP hybrid composite with a different thickness is under the mixed mode loading condition. The interlaminar fracture was almost governed by mode I fracture even though the mixed mode.
Hydrographic data and daily time series of longshore wind, sea level and sea surface temperature were used in order to explain why the upwelling effect in SST is especially prominent near Ulgi-Gampo although the sea level records along the whole southeast coast show a nearly uniform upwelling-downwelling response to wind. Regional difference in intensity of the wind-induced upwelling represented by the SST decrease is attributed to the combined influence of two factors; one is the baroclinic tilting of isotherms due to the East Korea Warm Current (EKWC) near the Ulgi-Gampo coast, the other is the topographic effects around the southeast coast. Baroclinic tilting effect of EKWC which is generally strongest near the coast of Ulgi to Gampo results in both of the shoaling of cold water and the westward trapping of the coldest bottom water over the shallower shelf rather than the deepest troough region off that coast regardless of the season. Therefore, becacse of the cold water ready for upwelling at the subsurface layer, SST responds very rapidly to the upwelling-favorable winds of summer only off the Ulgi-Gampo coast. Spreading isobaths from Pusan to Gempo can reinforce the upwelling of the cold bottom water and its westward trapping.
Tropical cyclones frequently occur in the Southwest Pacific Ocean and are considered one of the driving forces for coastal alterations. Therefore, this study investigates the frequency and intensity of tropical cyclonesfrom 2000 to 2021 and their influence on the surface winds and wave conditions around the atoll nation Tuvalu. Cyclone best-track and ERA5 single-level reanalysis data are utilized to analyze the condition of the surface winds, significant wave heights, mean wave direction, and mean wave period. Additionally, the scatterometer-derived wind information was employed to compare wind conditions with the ERA5 data. On average, nine cyclones per year originated here, and the frequency increased to 11 cyclones during the last three years while the intensity decreased by 25 m/s (maximum sustained wind speed). Besides, a total of 14 cyclones were observed around Tuvalu during the period from 2015 to 2021, which showed an increase of 3 cyclones compared to the preceding period of 2001 to 2007. During cyclones, the significant wave height reached the highest 4.8 m near Tuvalu, and the waves propagated in the east-southeast direction during most of the cyclone events (52%). In addition, prolonged swells with a mean wave period of 7 to 11 seconds were generated in the vicinity of Tuvalu, for which coastal alteration can occur. After this preliminary analysis, it was found that the waves generated by cyclones have a crucial impact in altering the coastal area of Tuvalu. In the future, remotely sensed high-resolution satellite data with this wave information will be used to find out the degree of alterations that happened in the coastal area of Tuvalu before and after the cyclone events.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.19
no.E4
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pp.177-186
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2003
The total of 1,454 aerosol samples were collected by high volume tape sampler at the Gosan Site in Jeju Island from 1992 to 1999, and the major water-soluble ionic components were chemically analyzed. The mean concentrations of nss-S $O_4$$^{2-}$, N $H_4$$^{+}$, and N $O_3$$^{[-10]}$ showed high values, which were 6.73, 1.45, and 1.45 ${\mu}{\textrm}{m}$/㎥, respectively, while $Ca^{2+}$ and $K^{+}$ concentrations were low with the values of 0.49 and 0.42 $\mu\textrm{g}$/㎥. The concentrations of most components increased in spring but decreased in summer, especially with the remarkable increase of $Ca^{2+}$ and N $O_3$$^{[-10]}$ concentrations in spring. The seasonal comparison of nss-S $O_4$$^{2-}$ concentrations showed higher values with the order of spring > fall 〉 winter〉 summer, but spring 〉 winter〉 fall 〉 summer for N $O_3$$^{[-10]}$ Meanwhile, the concentration levels of N $a^{+}$ and C $l^{[-10]}$ increased more in winter season. According to the investigation of wind direction effect, the concentrations of most aerosol ionic components showed higher values consistently at the westerly and northerly wind conditions. Based on the factor analysis, the atmospheric aerosols in the Gosan Site are considered to be largely affected by marine sources, followed by anthropogenic and soil sources.urces..
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.2
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pp.38-46
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2020
The purpose is to evaluate the structural characteristics of 750 mm diameter injection spiral blades under various operating conditions. A fiber-glass reinforced polypropylene material was employed to the injection blades, and mechanical tests on two kinds of glass-reinforced polypropylene were performed to evaluate the mechanical properties and to select a suitable candidate material. Also, three kinds of spiral blade geometries were studied to observe the influence of fixing rods between blades. For this, structural analyses were conducted to understand the role of fixing rods under a range of rotating speed. In addition, modal analysis was performed to confirm the resonance in the operating speed range. One-way fluid-structure interaction (FSI) analysis was carried out to know its mechanical integrity under dangerous wind speed conditions. Through this work, the structural characteristics of the proposed spiral blade geometries were studied under various operating conditions, and the requirements of mechanical properties of blades were determined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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