A level-set method is developed for computation of drop motions in various engineering applications. Compared with the volume-of-fluid method based on a non-smooth volume-fraction function, the LS method can calculate an interface curvature more accurately by using a smooth distance function. Also, it is straightforward to implement for two-phase flows in complex geometries unlike the VOF method requiring much more complicated geometric calculations. The LS method is applied to simulation of inkjet process, thin film pattering and droplet collisions.
A level-set method is developed for computation of drop motions in various engineering applications. Compared with the volume-of-fluid method based on a non-smooth volume-fraction function, the LS method can calculate an interface curvature more accurately by using a smooth distance function. Also, it is straightforward to implement for two-phase flows in complex geometries unlike the VOF method requiring much more complicated geometric calculations. The LS method is applied to simulation of inkjet process, thin film pattering and droplet collisions.
Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells are a promising technology for short-term power generation required in residential and automobile applications. Proper management of water has been found to be essential for improving the performance and durability of PEM fuel cells. This study investigated the liquid water exhaust capabilities of various flow channels having different geometries and surface properties. Three-pass serpentine flow fields were prepared by patterning channels of 1 mm or 2 mm width onto hydrophilic Acrylic plates or hydrophobic Teflon plates, and the behaviors of liquid water in those flow channels were experimentally visualized. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were also conducted to quantitatively assess the liquid water exhaust capabilities of flow channels for PEM fuel cells. Numerical results showed that hydrophobic flow channels have better liquid water exhaust capabilities than hydrophilic flow channels. Flow channels with curved corners showed less droplet stagnation than the channels with sharp corners. It was also found that a smaller width is desirable for hydrophobic flow channels while a larger width is desirable for hydrophilic ones. The above results were explained as being due to the different droplet morphologies in hydrophobic and hydrophilic channels.
In analysis of piping vibration of petrochemical plant, the forcing functions mainly depend upon the equipment working mechanism and vibration resources in the piping systems. In general, harmonic function is used for the system with rotary equipments. Mechanical driving frequencies, wave functions, and response spectrum are used for reciprocating compressors, surge vibration of long transfer piping, and seismic/wind vibration, respectively. In this study, for the spray injection case inside the pipe, forcing function was modeled, in which two different fluids are distributed uniformly. To confirm the results, the scheme used for the forcing function was applied for real piping system. The vibration mode of the real system was consistent with the 4th mode obtained by simulation using the forcing function formulated in this study.
For the simulation of piping vibrations in petrochemical plants, forcing functions mainly depend upon the equipment working mechanism and vibration resources in the piping systems. In general, harmonic function is used to simulate rotary equipment. Mechanical driving frequencies, wave functions, and response spectrum are used to simulate reciprocating compressors, surge vibration of long transfer piping, and seismic/wind vibration, respectively. In this study, the general suggestions for forcing functions were reviewed and proposed the forcing function to simulate the spray injection system inside the pipe in which two different fluids are distributed uniformly. To confirm the results, the scheme was applied for a real piping system. The vibration mode of the real system was consistent with the 4th mode (26.725 Hz) obtained by simulation using the forcing function presented in this study.
In this study, the ejector design was modeled using Fluent 6.3 of FVM(Finite Volume Method) CFD(Computational Fluid Dynamics) techniques to resolve the flow dynamics in the ejector. A vacuum system with the ejector has been widely used because of its simple construction and easy maintenance. Ejector is the main part of the desalination system, of which designs determine the efficiency of system. The effects of the ejector was investigated geometry and the operating conditions in the hydraulic characteristics. The ejector consists mainly of a nozzle, suction chamber, mixing tube(throat), diffuser and draft tube. Liquid is supplied to the ejector nozzle, the fast liquid jet produced by the nozzle entrains and the non condensable gas was sucked into the mixing tube. In the present study, the multiphase CFD modeling was carried out to determine the hydrodynamic characteristics of seawater-air ejector. Two-dimensional geometry was considered with the quadrilateral-mashing scheme. The gas suction rate increases with increasing Motive flow circulating rate.
본 연구에서는 파 주기와 기울기에 따른 단일 실린더와 다중 실린더의 wave run-up을 추정하였다. 3차원 비압축성 점성 난류 유동이며 서로 다른 상을 가지는 이상유체에 대한 수치해석을 수행하기 위하여, 본 연구에서는 전산 유체 역학 상용코드인 "STAR-CCM+"을 기반으로 하여 VOF기법과 realizable $k-{\varepsilon}$ 난류 모델을 사용하였다. 모델스케일에 대한 파 주기는 단일 실린더의 경우 1.269초와 1.692초이고, 다중 실린더의 경우 1.716초이다. 각 케이스 별로 1/30, 1/16의 파 기울기를 가진다. 최종적으로 파 기울기와 주기에 대한 wave run-up 추정 결과는 관련 실험 결과와 비교하였다. 수치해석 결과는 실험과 비교하여 정성적으로 유사함을 확인하였다.
In the present study, two phase flows around a projectile vertically launched from an underwater platform have been numerically investigated by using a three dimensional multi-phase RANS flow solver based on pseudo-compressibility and a homogeneous mixture model on unstructured meshes. The relative motion between the platform and projectile was described by six degrees of freedom equations of motion with Euler angles and a chimera technique. The propulsive power of the projectile was modeled as the fluid force acting on the lower surface of the body by the compressed air emitted from the underwater platform. Various flow conditions were considered to analyze the fluid-dynamics motion parameters of the projectile. The water level of platform and the current speed around the projectile were the main parametric variables. The numerical calculations were conducted up to 0.75sec in physical time scale. The dynamics tendency of the projectile was almost identical with respect to the water level variation due to the constant buoyancy term. The moving speed of the projectile along the vertical axis inside the platform decreased when the current speed increased. This is because the inflow from outside of the platform impeded development of the compressed air emitted from the floor surface of the launch platform. As a result, the fluid force acting on the lower surface of the projectile decreased, and injection time of the projectile from the platform was delayed.
Average Bi-directional flow tube was suggested to measure single and two phase flow rate. Its working principle is similar with Pilot tube, however, it makes it possible to eliminate the cooling system which is normally needed to prevent from flashing in the pressure impulse line of Pilot tube when it is used in the depressurization condition. 3-dimensional steady state flow analyses using FLUENT 5.4 code were performed to validate the application of the averagebi-directional flow tube in case of water and air flow In this study, sensitivity studies have been performed to optimize the design features of the average hi-directional flow tube which can be applied for the various experimental conditions. For Re numbers above 1000, the k values are nearly constant regardless of the Re numbers and flow types and calculation results and experimental data coincides quite well. The current FLUENT calculation results suggest that linearity of the k values in various design features of the average BDFT is highly promising, which means that it is quite reasonable to select the typical design of the average BDFT for the convenience of the experimental conditions.
Feedwater heaters of many nuclear power plants have recently experienced severe wall thinning damage, which will increase as operating time progresses. Several nuclear power plants in Korea have experienced wall thinning damage in the area around the impingement baffle - installed downstream of the high pressure turbine extraction steam line - inside number 5A and 5B feedwater heaters. At that point, the extracted steam from the high pressure turbine is two phase fluid at high temperature, high pressure, and high speed. Since it flows in reverse direction after impinging the impingement baffle, the shell wall of the number 5 high pressure feedwater heater may be affected by flow-accelerated corrosion. This paper describes the comparisons between the numerical analysis results using the FLUENT code and the down scale experimental data which effect on disclosing of the shell wall thinning of the high pressure feedwater heaters by porous plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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