Using a 3-D numerical scheme (LES-WASS-3D) that considered wave-structure-sandy seabed interactions in a 3-D wave field, we analyzed the wave reflection and hydraulic characteristics inside a slit caisson with two chambers in a 3-D oblique wave field. To verify the 3-D numerical analysis method suggested in this study, we compared the numerical results with existing experimental results and found good agreement. The numerical analysis revealed that a standing wave field is generated on the front side of the slit caisson due to the effect of wave reflection. For incident waves propagating perpendicular to the slit caisson, the nodes and anti-nodes of the standing wave are apparent and symmetrical. However, in an oblique wave field, as the incident wave angle decreases, the nodes and anti-nodes of the standing wave become ambiguous and unsymmetrical. It was also found that the wave reflection coefficient decreases as the incident wave angle decreases. It can be pointed out that as the incident wave angle decreases, the turbulent intensity in the chamber increases. Thereby, the increased wave energy dissipation by the increased turbulent intensity reduces the rate of wave reflection. In addition, a strong turbulent intensity generally occurs in the first chamber.
A. Mondal;S. Chatterjee;A. McDonald Tariang;L. Prince Raj;K. Debnath
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.2
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pp.107-125
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2023
Drag reduction is significant research in aircraft design due to its effect on the cost of operation and carbon footprint reduction. Aircraft currently use conventional solid winglets to reduce the induced drag, adding extra structural weight. Fluidic on-demand winglets can effectively reduce drag for low-speed flight regimes without adding any extra weight. These utilize the spanwise airflow from the wingtips using hydraulic actuators to create jets that negate tip vortices. This study develops a computational model to investigate fluidic on-demand winglets. The well-validated computational model is applied to investigate the effect of injection velocity and angle on the aerodynamic coefficients of a rectangular wing. Further, the turbulence parameters such as turbulent kinetic energy (TKE) and turbulent dissipation rate are studied in detail at various velocity injections and at an angle of 30°. The results show that the increase in injection velocity shifted the vortex core away from the wing tip and the increase in injection angle shifted the vortex core in the vertical direction. Further, it was found that a 30° injection is efficient among all injection velocities and highly efficient at a velocity ratio of 3. This technology can be adopted in any aircraft, effectively working at various angles of attack. The culmination of this study is that the implementation of fluidic winglets leads to a significant reduction in drag at low speeds for low aspect ratio wings.
Park, No-Suk;Kim, Seong-Su;Choi, Jong-Woong;Sung, Youl-Boong;Kang, Moon-Sun
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.27
no.4
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pp.469-477
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2013
In order to investigate the influence of feed water inequity on the settling performance for parallel arranged upflow sedimentation basin in domestic G_WTP(Water Treatment Plant), CFD(Computational Fluid Dynamics) simulation were employed and ADV(Acoustic Doppler Velocimeter) measurements were carried out. From the results of both CFD simulations and ADV measurements, the differences among inlet flow rates to each inlet structure make turbulent energy dissipation uneven overall sedimentation basin. Especially local velocities in the near of both side wall were observed over the design overflow rate(74.4 mm/min). Also, it was confirmed that this inequity of inlet flow would exert an serious influence on the turbidity of settled water which is out from 8 troughs. Even though experimental velocities in full scale basin about 20% higher than the simulated, the results of ADV measurement were in good accordance with those of CFD simulations.
For developing high performance fuel cell, peripheral devices and key components have to be studied in priority. In this study, centrifugal pump was studied for heat recovery. For PEM fuel cell system, a four-impeller centrifugal pump was designed, tested and compared with result of commercial product (IWAKI). In addition, effects of number of impeller were analyzed by CFD. The experiment and analysis were progressed in the same conditions. The results showed the quantitative difference under 30% between the numerical and the experimental pressure difference and mass flow rate.
Wall functions have been widely used in computational fluid dynamics (CFD) simulations and can save significant computational costs compared to other near-wall flow treatment strategies. However, most of the existing wall functions were based on the asymptotic characteristics of near-wall flow quantities, which are inapplicable in complex and non-equilibrium flows. A modified wall function is thus derived in this study based on flow over a plate at zero-pressure gradient, instead of on the basis of asymptotic formulations. Turbulent kinetic energy generation ($G_P$), dissipation rate (${\varepsilon}$) and shear stress (${\tau}_{\omega}$) are composed together as the near-wall expressions. Performances of the modified wall function combined with the nonlinear realizable k-${\varepsilon}$ turbulence model are investigated in homogeneous equilibrium atmosphere boundary layer (ABL) and flow around a 6 m cube. The computational results and associated comparisons to available full-scale measurements show a clear improvement over the standard wall function, especially in reproducing the boundary layer flow. It is demonstrated through the two case studies that the modified wall function is indeed adaptive and can yield accurate prediction results, in spite of its simplicity.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2022.05a
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pp.171-171
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2022
난류 수체에서 관성입자의 침강속도는 정지 수체에서보다 빠르고, 그 침강속도의 증가비율은 입자의 관성력과 난류의 길이 스케일에 큰 영향을 받는다고 알려져 있다(Wang and Maxey, 1993; Yang and Shy, 2003; Wang et al., 2018). 본 연구에서는 개수로 흐름에서 난류의 영향을 받는 관성입자의 침강속도를 측정하고, 정지 상태의 침강속도에 대한 침강속도의 증가비율과 난류 인자의연관성에 대해 조사하였다. 실험에 사용된 관성입자는 비중 1.35, 직경 300 ㎛에서 2000 ㎛까지의 구형 플라스틱(PE; polyethylene) 입자이며, 해당 입자들의 침강속도는 PTV(particle tracking velocimetry) 방식을 통해 측정하였다. 그리고 PIV(particle image velocimetry) 기법을 통해, 개수로 흐름의 난류 에너지 소산율(energy dissipation rate, ϵ)과 그에 따른 Kolomogorov 길이 스케일을 측정하였다. 실험 결과, 모든 직경 조건에서 플라스틱 입자는 난류 흐름에서의 침강속도가 정지 수체에서의 침강속도보다 빠름을 보였으며, 그 비율은 입자 직경이 난류의 길이 스케일과 유사하거나 작아질 때 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 유체 내에서의 관성입자의 거동에 대한 이론식과 비교하여 관성입자의 침강에 미치는 여러 힘들의 상대적 관계를 파악하였다. 본 연구의 결과는 자연 수체에서 미세플라스틱의 거동을 이해하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
Dissolved air flotation (DAF) is a solid-liquid separation process that uses fine rising bubbles to remove particles in water. Most of particle-bubble collision occurs in the DAF contact zone. This initial contact considered by the researchers to play a important role for DAF performance. It is hard to make up conceptual model through simple mass balance for estimating collision efficiency in the contact zone because coupled behavior of the solid-liquid-gas phase in DAF system is 90 complicate. In this study, 2-phase(gas-liquid) flow equations for the conservation of mass, momentum and turbulence quantities were solved using an Eulerian-Eulerian approach based on the assumption that very small particle is applied in the DAF system. For the modeling of turbulent 2-phase flow in the reactor, the standard $k-{\varepsilon}$ mode I(liquid phase) and zero-equation(gas phase) were used in CFD code because it is widely accepted and the coefficients for the model are well established. Particle-bubble collision efficiency was calculated using predicted turbulent energy dissipation rate and gas volume fraction. As the result of this study, the authors concluded that bubble size and recycle ratio play important role for flow pattern change in the reactor. Predicted collision efficiency using CFD showed good agreement with measured removal efficiency in the contact zone. Also, simulation results indicated that collision efficiency at 15% recycle ratio is higher than that of 10% and showed increasing tendency of the collision efficiency according to the decrease of the bubble size.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.28
no.5
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pp.257-264
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2016
In this study, experiments for measurements of entrainment rate of fluid mud were carried out using annular flume domestically for the first time. Six entrainment tests using kaolinite sediments were conducted with different initial concentrations of fluid mud. It is shown that sediment settling counteracts the otherwise buoyancy dependent entrainment of fluid mud, and that the settling effect leads to a measurably decreased entrainment rate at higher Richardson numbers in comparison with entrainment of salt water, due to additional dissipation of turbulent kinetic energy in the interfacial layer. Through the comparison with previous other studies, the overall performance of the annular flume, the experimental procedure and the test results in simulating the entrainment of fluid mud are shown to be good enough to verify.
The purpose of this study is to optimize the parameters related to consensus coherency within the PCL 1300, the operating program of wind profiler, from a validation of wind data between rawinsonde and wind profiler at Chupungryeong ($36^{\circ}13^{\prime}$, $127^{\circ}59^{\prime}$) site in Korea. It is then to analyze the diurnal and seasonal characteristics of the turbulence energy dissipation rate (${\varepsilon}$) in clear and rainy days from March 2009 to February 2010. In comparison of the wind data between wind profiler and rawinsonde during April 22-23, 2010, it was shown in a big error more than $10ms^{-1}$ over the height of 3,000 meters in the zonal (u) and meridional (v) wind components. When removing more than $10ms^{-1}$ in each wind speed difference of u an v components between the two instruments, the correlation coefficients of these wind components were 0.92 and 0.88, respectively, and the root mean square errors were 3.07 and $1.06ms^{-1}$. Based on these results, when the data processing time and the minimum available data within the PCL 1300 program were adjusted as 30 minutes and 60%, respectively, the bias errors were small. In addition, as a result of an analysis of sensitivity to consensus coherency of u and v components within the PCL1300 program, u components were underestimated in radial coherency, instantaneous and winbarbs coherency, whereas v components were overestimated. Finally by optimizing parameters of the PCL1300 program, the diurnal and seasonal means of ${\varepsilon}$ at each height were higher in rainy days than those in clear days because of increasing in the vertical wind speed due to upward and downward motions. The mean ${\varepsilon}$ for clear and rainy days in winter was lower than those of other seasons, due to stronger horizontal wind speed in winter than those in other seasons. Consequently, when the turbulence energy dissipation rates in the vertical wind speed of more than ${\pm}10cm\;s^{-1}$ were excluded for clear and rainy days, the mean ${\varepsilon}$ in rainy days was 6-7 times higher than that in clear days, but when considering them, it was 4-5 times higher.
Chanjin Jeong;Dong Hyun Kim;Hyung Suk Kim;Seung Oh Lee
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.16
no.2
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pp.65-73
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2023
Fishways are essential structures that must be installed in rivers to facilitate the movement of fish between upstream and downstream areas. However, the efficiency of fish passage varies depending on the flow conditions within the fishway. Therefore, this study examined the fish-friendly flow characteristics within a stepped fishway at different overflow depths using FLOW-3D, and conducted experiments for model validation. The key parameters affecting fish swimming ability include velocity, turbulent kinetic energy, and energy dissipation rate. These factors were assessed using a simulated fish species, the zacco platypus, to evaluate the suitability of fish-friendly flow condition. It was confirmed that overflow depth significantly influences fish behavior, and an appropriate overflow depth is required for stepped fishway design. The results of this study are expected to serve as fundamental data for the design of stepped fishways in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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