Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.4
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pp.430-439
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1985
Conjugate natural convection in double enclosed annuli between horizontal concentric cylinders has been studied by the numerical analysis and experimental measurements. The interface conditions between the liquid and the solid of middle shell are obtained through the correlation factor based on the ratio of solid to fluid thermal conductivities and the Prandtl number. The characteristics of conjugate heat transfer are discussed under various dimensionless parameters such as conductivity ratios, shell thickness, diameter ratios, Prandtl number, and Rayleigh number. It is found that the average equivalent conductivity K over var $_{eq}$ does not depend on the conductivity ratios and shell thickness. The K over bar $_{eq}$ however, depends on the Prandtl number and the Rayleigh number.
The paper aims at improving the understanding and mitigating the effects of tunnel fires that may breakout due to the burning fuel and/or explosion within the tunnel. This study particularly focuses on the behavior of the commonly used horse shoe geometry of tunnel systems. The problem has been obtained using an adequate well-established program incorporating the Lagrangian approach. A transient-thermo-coupled static structural analysis is carried out. The effects of radiation and convection to the outer walls of the tunnel is studied. The paper also presents the impact of the hazard on the structural integrity of the tunnel. A methodology is proposed to study the tunnel fire using a model which uses equivalent steel sheet to represent the presence of reinforcements to improve the computational efficiency with adequate validation. A parametric study has been carried out and the effect of suitable lining property for mitigating the fire hazard is arrived at. Detailed analysis is done for the threshold limits of the properties of the lining material to check if it is acceptable in all aspects for the integrity of the tunnel. The study may prove useful for developing insights for ensuring tunnel fire safety. To conduct such studies experimentally are tremendously costly but are required to gain confidence. But, scaled models, as well as loading and testing conditions, cannot be studied by many trials experimentally as the cost will shoot up sharply. In this context, the results obtained from such computational studies with a feasible variation of various combinations of parameters may act as a set of guidelines to freeze the adequate combination of various parameters to conduct one or two costly experiments for confidence building.
The use of geothermal energy has increased for economically and environmentally friendly utilization, and a geothermal heat pump (GSHP) system for space heating and cooling is being used widely. As ground thermal properties such as ground thermal conductivity and ground thermal diffusivity are substantial parameters in the design of geothermal heat pump system, ground thermal conductivity should be obtained from in-situ thermal response test (TRT). This paper presents an experimental study of ground thermal properties of U and 2U type ground heat exchangers (GHEs) measured by TRTs. The U and 2U type GHEs were installed in a partially saturated dredged soil deposit, and TRTs were conducted for 48 hours. A method to derive the thermal diffusivity as well as thermal conductivity was proposed from a non-linear regression analysis. In addition, remolded soil samples from different layers were collected from the field, and soil specimens were reconstructed according to the field ground condition. Then equivalent ground thermal conductivity and ground thermal diffusivity were calculated from the lab test results and they were compared with the in-situ TRT results.
In the present study, PV/T collector was modeled via analysis of governing equations and physics of the problem. Specifications of solar radiation were computed based on geographical characteristics of the location and the corresponding time. Temperature of the collector plate was calculated as a function of time using the energy equations and temperature behavior of the photovoltaic cell was incorporated in the model with the aid of curve fitting. Subsequently, operational range for reaching to maximal efficiency was studied using Genetic Algorithm (GA) technique. Optimization was performed by defining an objective function based on equivalent value of electrical and thermal energies. Optimal values for equipment components were determined. The optimal value of water flow rate was approximately 1 gallon per minute (gpm). The collector angle was around 50 degrees, respectively. By selecting the optimal values of parameters, efficiency of photovoltaic collector was improved about 17% at initial moments of collector operation. Efficiency increase was around 5% at steady condition. It was demonstrated that utilization of photovoltaic collector can improve efficiency of solar energy-based systems.
The effects of nanotechnology and smartness on the buckling reduction of pipes are the main contributions of present work. For this ends, the pipe is simulated with classical piezoelectric polymeric cylindrical shell reinforced by armchair double walled boron nitride nanotubes (DWBNNTs), The structure is subjected to combined electro-thermo-mechanical loads. The surrounding elastic foundation is modeled with a novel model namely as orthotropic nonhomogeneous Pasternak medium. Using representative volume element (RVE) based on micromechanical modeling, mechanical, electrical and thermal characteristics of the equivalent composite are determined. Employing nonlinear strains-displacements and stress-strain relations as well as the charge equation for coupling of electrical and mechanical fields, the governing equations are derived based on Hamilton's principal. Based on differential quadrature method (DQM), the buckling load of pipe is calculated. The influences of electrical and thermal loads, geometrical parameters of shell, elastic foundation, orientation angle and volume percent of DWBNNTs in polymer are investigated on the buckling of pipe. Results showed that the generated ${\Phi}$ improved sensor and actuator applications in several process industries, because it increases the stability of structure. Furthermore, using nanotechnology in reinforcing the pipe, the buckling load of structure increases.
Printed circuit heat exchanger (PCHE) is a compact heat exchanger with good heat transfer performance, high structure integrity, and reliability over a wide range of temperatures and pressures. Instead of the traditional zigzag and straight shape channel, the sinusoidal shape channel was adopted in this study to investigate the relation of thermal-hydraulic performance and waviness factors (period and amplitude). The local flow characteristics and the heat flux distribution were compared to verify the effects of period and amplitude on heat transfer performance. As the period of channel becomes shorter, the rapid change of the flow direction can produce high flow separation around the corner leading to the disturbance of the boundary layer opposite wall. The nonuniform distribution of flow velocity appeared around the corner positions can promote fluid mixing and lead to higher thermal performance. An evaluation index was used to compare the comprehensive performance of PCHE considering the Nusselt number and Fanning factor. Based on the simulation results, the optimal design parameters of PCHE channel shape were found that the channel with an equivalent bending angle of 15° offers the highest heat flux capacity.
Shyam K. Chaudhary;Vishesh R. Kar;Karunesh K. Shukla
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.2
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pp.127-140
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2023
The present article focuses on the thermoelastic deformation behavior of inhomogeneous functionally graded metal/ceramic cylindrical shell structure with multiple perforations using 2D finite element approximation. Here, cylindrical shell structure is considered with single (1×1) and multiple (2×2, 3×3 and 4×4) perforations. The temperature-dependent elastic and thermal properties of functionally graded material are evaluated using Voigt's micromechanical material scheme via power-law function. The kinematics of the proposed model is based on the equivalent single-layer first-order shear deformation mid-plane theory with five degrees-of-freedom. Here, 2D isoparametric finite element solutions are obtained using eight-node quadrilateral elements. The mesh refinement of present finite element model is performed to confirm the appropriate number of elements and nodes for the analysis purpose. Subsequently, a comparison test is conducted to demonstrate the accuracy of present results. In later section, numerous numerical illustrations are demonstrated at different set of conditions by varying structural, material and loading parameters and that confirms the significance of various parameters such as power-law index, aspect ratio, thickness ratio, curvature ratio, number of perforations and temperature on the deformation characteristics of functionally graded cylindrical shell structure.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.17
no.2
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pp.89-99
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1997
Although discontinuously reinforced metal matrix composite(MMC) is one of the most promising materials for applications of aerospace, automotive industries, the thermal residual stresses developed in the MMC due to the mismatch in coefficients of thermal expansion between the matrix and the fiber under a temperature change has been pointed out as one of the serious problem in practical applications. There are very limited nondestructive techniques to measure the residual stress of composite materials. However, many difficulties have been reported in their applications. Therefore it is important to establish analytical model to evaluate the thermal residual stress of MMC for practical engineering application. In this study, an elastic model is developed to predict the average thermal residual stresses in the matrix and fiber of a misoriented short fiber composite. The thermal residual stresses are induced by the mismatch in the coefficient of the thermal expansion of the matrix and fiber when the composite is subjected to a uniform temperature change. The model considers two-dimensional in-plane fiber misorientation. The analytical formulation of the model is based on Eshelby's equivalent inclusion method and is unique in that it is able to account for interactions among fibers. This model is more general than past models to investigate the effect of parameters which might influence thermal residual stress in composites. The present model is to investigate the effects of fiber volume fraction, distribution type, distribution cut-off angle, and aspect ratio on thermal residual stress for in-plane fiber misorientation. Fiber volume fraction, aspect ratio, and distribution cut-off angle are shown to have more significant effects on the magnitude of the thermal residual stresses than fiber distribution type for in-plane misorientation.
A statistical prediction model for the typhoon intensity and track in the Northwestern Pacific area was developed based on the artificial neural network scheme. Specifically, this model is focused on the 5-day prediction after tropical cyclone genesis, and used the CLIPPER parameters (genesis location, intensity, and date), dynamic parameters (vertical wind shear between 200 and 850hPa, upper-level divergence, and lower-level relative vorticity), and thermal parameters (upper-level equivalent potential temperature, ENSO, 200-hPa air temperature, mid-level relative humidity). Based on the characteristics of predictors, a total of seven artificial neural network models were developed. The best one was the case that combined the CLIPPER parameters and thermal parameters. This case showed higher predictability during the summer season than the winter season, and the forecast error also depended on the location: The intensity error rate increases when the genesis location moves to Southeastern area and the track error increases when it moves to Northwestern area. Comparing the predictability with the multiple linear regression model, the artificial neural network model showed better performance.
GEO-KOMPSAT-2A AMI (Advanced Meteorological Imager) radiometric calibration evaluation is an essential element not only for functional and performance verification of the payload but for the quality of the sensor data. AMI instrument consists of six reflective channels and ten thermal infrared ones. One of the key parameters representing radiometric properties of the sensor is a SNR (Signal-to-Noise Ratio) for the reflective channels and a NEdT (Noise Equivalent delta Temperature) for the IR ones respectively. Other important radiometric calibration parameters are a dynamic range and a gain value related with the responsivity of detectors. To verify major radiometric calibration performance of AMI, an offline radiometric evaluation tool was developed separately with a real-time AMI data processing system. Using the evaluation tool, validation activities were carried out during the GEO-KOMPSAT-2A In-Orbit Test period. The results from the evaluation tool were cross checked with those of the HARRIS, which is the AMI payload vendor. AMI radiometric evaluation activities were conducted through three phases for both sides (Side 1 and Side 2) of AMI payload. Results showed that performances of the key radiometric properties were outstanding with respect to the radiometric requirements of the payload. The effectiveness of the evaluation tool was verified as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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