Accurate prediction of size, shape and velocity of a bubble rising through a liquid pool is very important for predicting the particulate removal efficiency in pool scrubbing, for designing engineering safety features to prepare for severe accidents in nuclear power plants, and for predicting the emission of fission products from MCCI (molten core-concrete interaction) process during severe accidents. In this review article, previous studies on the determination of the size, shape and rising velocity of a bubble in liquid are reviewed. Various theoretical and parameterization formulas calculating the bubble size, shape and velocity from physical properties of liquid and gas flowrate are compared. Recent studies tend to suggest simple parameterizations that can easily determine the bubble shape and rising velocity without iteration, whereas iteration has to be performed to determine the bubble shape and velocity in old theories. The recent parameterizations show good agreement with measured data obtained from experiments conducted using different liquid materials with very diverse physical properties, proving themselves to be very useful tools for researchers in related fields.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.3
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pp.191-197
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2017
In this study, the visualization of the unsteady flow field of a Weis-Fogh-type water turbine was investigated using particle-image velocimetry. The visualization experiments were performed in a parameter range that provided relatively high-efficiency wing conditions, that is, at a wing opening angle ${\alpha}=40^{\circ}$ and at a velocity ratio of the uniform flow to the moving wing U/V = 1.5~2.5. The flow fields at the opening, translational, and closing stages were investigated for each experimental parameter. In the opening stage, the fluid was drawn in between the wing and wall at a velocity that increased with an increase in the opening angle and velocity ratio. In the translational stage, the fluid on the pressure face of the wing moved in the direction of the wing motion, and the boundary layer at the back face of the wing was the thinnest and had a velocity ratio of 2.0. In the closing stage, the fluid between the wing and wall was jetted at a velocity that increased as the opening angle decreased; however, the velocity was independent of the velocity ratio.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.5
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pp.71-78
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2002
Experiments have been performed using two-color PIV in hydrogen non-premixed flames with various conditions of coaxial air, which was classified into three cases with/without reaction. Mean velocity, turbulence intensity and Reynolds stress were analyzed using flow fields from PIV measurement First, the similarity of pure jet had a good agreement with previous results of other researchers. It was found that the decay of centerline velocity was proportional to $x^{-1}$ in coaxial air conditions. By normalizing axial distance with effective jet diameter defined by effective density, the data of centerline velocity collapsed a single line. And the radial profiles of mean velocity showed that they didn't become self-similar because the curves differed from each other as coaxial air velocity increased at fixed fuel velocity. Also, turbulence intensity became self-similar further downstream than mean velocity.
In the present study, we investigate the flow characteristics of a quadrotor UAV in a hovering mode by measuring multiple two-dimensional velocity fields in the wake. The experiment is conducted at Re = 24,000 in a chamber large enough to neglect the ground effect, where Re is the Reynolds number based on the rotor chord length and the rotor tip speed. The rotational speed of the rotor is determined by an optical tachometer so that the lift force can be balanced with the weight of the UAV. The velocity field measured on the center plane of the rotor shows that the vortices are shedding from the tip of the rotor, inducing large fluctuations in the streamwise velocity along the wake shear layer. The strength of the rotor-tip vortex shedding is asymmetric with respect to the rotor axis due to the interaction between the rotor and the wake centerline of each rotor is inclined to the center of the UAV due to the pressure difference caused by the induced velocity. The wake from each rotor moves closer to each other while traveling in the streamwise direction, and then is merged together inducing large fluctuations in the transverse velocity. Due to the wake merging, on the center plane of the UAV, the velocity increases in the streamwise direction showing two-peak structure in the streamwise velocity contours.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.8
no.4
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pp.283-293
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2015
The effect of the inlet swirling flow in a hydraulic turbine draft tube is a very complex phenomenon, which has been extensively investigated both theoretically and experimentally. In fact, the finding of the optimal flow distribution at the draft tube inlet in order to get the best performance has remained a challenge. Thus, attempting to answer this question, it was assumed that through an automatic optimization process a Genetic Algorithm would be able to manage a parameterized inlet velocity profile in order to achieve the best flow field for a particular draft tube. As a result of the optimization process, it was possible to obtain different draft-tube flow structures generated by the automatic manipulation of parameterized inlet velocity profiles. Thus, this work develops a qualitative and quantitative analysis of these new draft tube flow field structures provoked by the redesigned inlet velocity profiles. The comparisons among the different flow fields obtained clearly illustrate the importance of the flow uniformity at the end of the conduit. Another important aspect has been the elimination of the re-circulating flow area which used to promote an adverse pressure gradient in the cone, deteriorating the pressure recovery effect. Thanks to the evolutionary optimization strategy, it has been possible to demonstrate that the optimized inlet velocity profile can suppress or mitigate, at least numerically, the undesirable draft tube flow characteristics. Finally, since there is only a single swirl number for which the objective function has been minimized, the energy loss factor might be slightly affected by the flow rate if the same relation of the axial-tangential velocity components is maintained, which makes it possible to scale the inlet velocity field to different operating points.
The flow structures of turbulent shear layer behind oil fences with different tip configurations were investigated experimentally using flow visualization and PIV velocity field measurement. An oil fence was installed in a circulating water channel and the flow structure around the fence tip was mainly analyzed in this experiment. The four tip configurations tested in this experiment are knife edge; semi-circle edge, circular edge and rectangular edge. The 300 instantaneous velocity fields were measured using the single-frame PIV system and they were ensemble averaged to give the mean velocity field and spatial distribution of turbulent statistics. Free stream velocity was fixed at 10ms/sec and the corresponding Reynolds number based on the fence height was Re=4000. As a result, for the oil fence with rectangular edge, the streamwise velocity component was decreased. On the other hand it was increased for the oil fence with circular edge. For all four fences tested in this study, general flow pattern of the lower shear layer is analogous but the upper layer shows difference depending on the tip configurations. The oil fence with circular edge has more diffusive upper shear layer than that of the others. The shear layer of the oil fence with rectangular edge has relatively thin thickness. The oil fence with circular edge was found to be proper shape for tandem fence.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2005.05b
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pp.393-398
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2005
Suspended fine mineral particles are deposited at the areas with low flow velocity and low transportation capacity in rivers, reservoirs and lakes. It can be contaminated by heavy metals. Examples of problem fields art dredging of sediment, water pollutants, and maintenance of navigation channels and construction works. To deal with the settling problems it is necessary to understand tile physico-chemical characteristics of cohesive sediment under varying density of particle and ion addition(NaOH, HCl, NaCl), which is dissolved in river, because fine-grained cohesive sediment can lead to flocculation with the physico-chemical influences and takes different characteristics. Experiments with fresh and saline water are followed with fine-grained sediments(alumina and quartz) in settling columns. Settling velocity of suspended fine particles in still water was measured with a pressure sensor(maximum 10 mbar). Until the initial concentration of 20,000 mg/1 of alumina and quartz the settling velocity was on the increase. Above this initial concentration was it on the decrease. In an acid condition, which causes strong flocculation, average settling velocity of quartz powder was high. In an alkaline water low average settling velocity of it was observed. However, alumina behaved exactly contrarily.
This paper deals with the low velocity impact response and dynamic stresses of composite sandwich truncated conical shells (STCS) with compressible or incompressible core. Impacts are assumed to occur normally over the top face-sheet and the interaction between the impactor and the structure is simulated using a new equivalent three-degree-of-freedom (TDOF) spring-mass-damper (SMD) model. The displacement fields of core and face sheets are considered by higher order and first order shear deformation theory (FSDT), respectively. Considering continuity boundary conditions between the layers, the motion equations are derived based on Hamilton's principal incorporating the curvature, in-plane stress of the core and the structural damping effects based on Kelvin-Voigt model. In order to obtain the contact force, the displacement histories and the dynamic stresses, the differential quadrature method (DQM) is used. The effects of different parameters such as number of the layers of the face sheets, boundary conditions, semi vertex angle of the cone, impact velocity of impactor, trapezoidal shape and in-plane stresses of the core are examined on the low velocity impact response of STCS. Comparison of the present results with those reported by other researchers, confirms the accuracy of the present method. Numerical results show that increasing the impact velocity of the impactor yields to increases in the maximum contact force and deflection, while the contact duration is decreased. In addition, the normal stresses induced in top layer are higher than bottom layer since the top layer is subjected to impact load. Furthermore, with considering structural damping, the contact force and dynamic deflection decrees.
Cares should be taken when performing the P and S wave velocity loggings in engineering and environmental fields. Some of them are the effect of casing, which is installed to prevent the borehole collapsing when the drilling is done on the loose ground such as soil and/or soft rock, and the discrepancy of the velocities of the same media according to the difference of the source wave frequency spectrum. The elastic moduli obtained from the P and S wave velocity logging have the dynamic characteristics. To overcome these difficulties, the following suggestions are recommended; (1) develop and apply a careful drilling technique that can keep the borehole wall without a casing, and (2) apply the logging methods with the suitable frequency bandwidth for the object of the velocity logging. It is important to make the aseismological engineers understand the difference between the dynamic elastic moduli and the static ones obtained from mechanical test, and to advise them to use the information properly.
Investigation of the physical behavior of dredged material disposal in coastal water includes estimations of water column concentration in the receiving water, exposure time, the initial deposition pattern as well as thickness of material at the dumping fields near the estuary area. Calculation based on vertical setting and horizontal advection of single particles ignore the effects of bulk properties of the disposed material, vertical and horizontal diffusion, and material dilution due to the entrainment of ambient water during descent. This paper focuses on the spatial and temporal changes in the dumping fields for the water column and bottom at a hypothetically confined coastal water, where the ambient time-invariant velocity and density profiles are applied, within the initial time period following the instantaneous release of the dredged material. This model accounts the behavior of material after release divided into three phases: convective descent, dynamic collapse and long-term passive dispersion
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[게시일 2004년 10월 1일]
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