Acoustic streaming induced by the microscopic longitudinal ultrasonic vibration at 28.5 ㎑ is visualized between the quiescent glass plate and ultrasonic vibrator by particle imaging velocimetry(PIV) using laser. To investigate the augmentation of air flow velocity of acoustic streaming. the velocity variations of air streaming between the stationary plate and ultrasonic vibrator are measured in real-time. It is experimentally investigated that the magnitude of the acoustic streaming dependent upon the gap between the ultrasonic vibrator and stationary p1ate results in the variations of the average velocity fields as a outcome of the bulk air flow caused by the ultrasonic vibration. In addition. maximum acoustic streaming velocity exists at resonant gap. 18mm that is one of the resonant gaps (H=18, 24, 30, 36㎜) at which resonance occurs. The variation of the local maximum turbulent intensity with axial direction appear to reveal the value of 8%∼70% dependent upon the gap between the quiescent glass plate and ultrasonic vibrator. Shearstress is also maximized at the center region of the vibrator and the vorticity is also maximum and minimum in the neighborhood of the center of the vibrator at which the local maximum turbulent intensity and shear stress exist.
A regional wind network with complex surface conditions must be designed with sufficient space and time resolution to resolve the local circulations. In this study, the spatial variations of the wind field observed in the Seoul and Jeju regional networks were evaluated in terms of annual, seasons, and months to assess the spatial homogeneity of wind fields within the regional networks. The coherency of the wind field as a function of separation distance between stations indicated that significant coherency was sometimes not captured by the network, as inferred by low correlations between adjacent stations. A meso-velocity scale was defined in terms of the spatial variability of the wind within the network. This problem is predictably most significant with weak winds, dull prevailing wind, clear skies and significant topography. The relatively small correlations between stations imply that the wind at a given point cannot be estimated by interpolating winds from the nearest stations. For the Seoul and Jeju regional network, the meso-velocity scale has typically a same order of magnitude as the speed of the network averaged wind, revealing the large spatial variability of the Jeju network station imply topography and weather. Significant scatter in the relationship between spatial variability of the wind field and the wind speed is thought to be related to thermally-generated flows. The magnitude of the mesovelocity scale was significantly different along separation distance between stations, wind speed, intensity of prevailing wind, clear and cloudy conditions, topography. Resultant wind vectors indicate much different flow patterns along condition of contributing factors. As a result, the careful considerations on contributing factors such as prevailing wind in season, weather, and complex surface conditions with topography and land/sea contrast are required to assess the spatial variations of wind field on a regional network. The results in the spatial variation from the mesovelocity scale are useful to represent the characteristics of regional wind speed including lower surface conditions over the grid scale of large scale atmospheric model.
Kim, Jungyoon;Ahn, Soonjae;Park, Sunwoo;Shin, Isu;Kim, Gyoosuk;Kim, Youngho
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.35
no.3
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pp.35-41
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2014
In this study, joint angles of the lower extremity and inertial sensor data such as accelerations and angular velocities were measured during a ski simulator exercise in order to evaluate the skill of skiers. Twenty experts and twenty unskilled skiers were recruited for the study. All expert skiers held the certificates issued by the Korea Ski Instructors Association. A three-dimensional motion capture system and two inertial sensors were used to acquire joint movements, heel acceleration and heel angular velocity during ski simulator exercises. Pattern variation values were calculated to assess the variations in ski simulator motion of expert and unskilled skiers. Integral ratio of roll angular velocity was calculated to determine the parallel alignment of the two feet. Results showed that ski experts showed greater range of motion of joint angle, peak-to-peak amplitude(PPA) of heel acceleration and PPA of heel angular velocity than unskilled skiers. Ski experts showed smaller pattern variations than unskilled skiers. In addition, the integral ratio of roll angular velocity in ski experts was closer to 1. Inertial sensor data measurements during the ski simulator exercises could be useful to evaluate the skill of the skier.
Adaptive neural networks based lateral controller is presented to guarantee path following performance for vehicle lane keeping in the presence of parameter time-varying characteristics of the vehicle lateral dynamics due to the road surface condition, load distribution, tire pressure and so on. The proposed adaptive controller could compensate vehicle lateral dynamics deviated from nominal dynamics resulting from parameter variations by incorporating it with neural networks that have the ability to approximate any given nonlinear function by adjusting weighting matrices. The controller is derived by using Lyapunov-based approach, which provides adaptive update rules for weighting matrices of neural networks. To show the superiority of the presented adaptive neural networks controller, the simulation results are given while comparing with backstepping controller chosen as the baseline controller. According to the simulation results, it is shown that the proposed controller can effectively keep the vehicle tracking the pre-given trajectory in high velocity and curvature with much accuracy under parameter variations.
This study investigated the effect of pressure variations on augmentation of heat transfer when the ultrasonic waves were applied. The augmentation ratio of heat transfer was experimentally investigated and was compared with the profiles of pressure distributions calculated applying a coupled finite element-boundary element method (coupled FE-BEM). As the ultrasonic intensities increase from 70W to 340W, the velocity of the liquid paraffin is found to increase as well as kinetic energy, This physical behavior known as quasi-Eckart streaming results from acoustic pressure variations in the liquid. Especially, the higher acoustic pressure distribution near two ultrasonic transducers develops more intensive flow (quasi-Eckart streaming), destroying the flow instability. Also, the profile of acoustic pressure variation is consistent with that of augmentation of heat transfer. This mechanism is believed to increase the ratio of hear transfer coefficient.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.1
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pp.114-123
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2000
The flow structure around a rotating axial-fan was experimentally investigated using a phase averaging velocity field measurement technique. The fan blades were divided into 4 different phases, for which 500 velocity fields were acquired for each phase angle with a 2-frame PTV system. Velocity field measurements were also carried out at two planes parallel to the axis of rotation, with offsets toward the radial direction of the fan. For accurate synchronization of the PTV system with the phase of the axial fan, two synchronization circuits were employed with a photo-detector attached to the rotating shaft. The phase averaged velocity fields show periodic variations with respect to the blade phase. The periodic formation of vortices at the blade tip is also observed in vorticity contour plots. Locations of local maximum turbulence intensities in the axial and radial directions are found to be located in an alternating pattern. These experimental results can be used to validate numerical calculations and to understand the flow characteristics of an axial fan.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.1
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pp.9-19
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2016
This study investigated the variations of Taylor flow and particle residence time in a Taylor reactor according to the changes of angular velocity and inlet velocity using computational fluid dynamics technique. The results showed that the fluid in a reactor became unstable with an increase of angular velocity. The flow moved to the regions of CCF, TVF, WVF and MWVF resulting in an increase of Reynolds number. Accordingly, the flow characteristics were different for each regions. We confirmed that the inlet velocity influences the Taylor flow. The particle residence time and standard deviation increased with an increase of angular velocity and a decrease of inlet velocity.
This paper represents the numerical analysis in unsteady state on the variation of diameter and environmental velocity of carbon heating source. In general heating system, the oil and sheath heater is widely used, but these systems have many problems. So, the heating source with carbon ingredient has been researched in many country about manufacture, thermal and electrical properties. In this research, the carbon heating source was studied through numerical analysis on several conditions of unsteady state, heat generation, diameter and environmental velocity. The temperature distributions at steady state are appeared as a non-proportional linear pattern with variations of environmental velocity due to the Nesselt number with convective heat flux is proportioned to 0.805 of Reynolds number. As the radius is increasing, the temperature distributions is appeared the minus tilt because of the environmental condition is cooling by constant temperature. So, the correlation equation between temperature at steady state and environmental velocity was obtained.
Tornadoes are the most devastating meteorological natural hazards. Many empirical and theoretical numerical models of tornado vortex have been proposed, because it is difficult to carry out direct measurements of tornado velocity components. However, most of existing numerical models fail to explain the physical structure of tornado vortices. The present paper proposes a new empirical numerical model for a tornado vortex, and its load effects on a low-rise and a tall building are calculated and compared with those for existing numerical models. The velocity components of the proposed model show clear variations with radius and height, showing good agreement with the results of field measurements, wind tunnel experiments and computational fluid dynamics. Normal stresses in the columns of a low-rise building obtained from the proposed model show intermediate values when compared with those obtained from existing numerical models. Local forces on a tall building show clear variation with height and the largest local forces show similar values to most existing numerical models. Local forces increase with increasing turbulence intensity and are found to depend mainly on reference velocity Uref and moving velocity Umov. However, they collapse to one curve for the same normalized velocity Uref / Umov. The effects of reference radius and reference height are found to be small. Resultant fluctuating force of generalized forces obtained from the modified Rankine model is considered to be larger than those obtained from the proposed model. Fluctuating force increases as the integral length scale increases for the modified Rankine model, while they remain almost constant regardless of the integral length scale for the proposed model.
Lepri, Petra;Kozmar, Hrvoje;Vecenaj, Zeljko;Grisogono, Branko
Wind and Structures
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v.19
no.5
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pp.505-522
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2014
While effects of the atmospheric boundary layer flow on engineering infrastructure are more or less known, some local transient winds create difficulties for structures, traffic and human activities. Hence, further research is required to fully elucidate flow characteristics of some of those very unique local winds. In this study, important characteristics of observed vertical velocity profiles along the main wind direction for the gusty Bora wind blowing along the eastern Adriatic coast are presented. Commonly used empirical power-law and the logarithmic-law profiles are compared against unique 3-level high-frequency Bora measurements. The experimental data agree well with the power-law and logarithmic-law approximations. An interesting feature observed is a decrease in the power-law exponent and aerodynamic surface roughness length, and an increase in friction velocity with increasing Bora wind velocity. This indicates an urban-like velocity profile for smaller wind velocities and rural-like velocity profile for larger wind velocities, which is due to a stronger increase in absolute velocity at each of the heights observed as compared to the respective velocity gradient (difference in average velocity among two different heights). The trends observed are similar during both the day and night. The thermal stratification is near neutral due to a strong mechanical mixing. The differences in aerodynamic surface roughness length are negligible for different time averaging periods when using the median. For the friction velocity, the arithmetic mean proved to be independent of the time record length, while for the power-law exponent both the arithmetic mean and the median are not influenced by the time averaging period. Another issue is a large difference in aerodynamic surface roughness length when calculating using the arithmetic mean and the median. This indicates that the more robust median is a more suitable parameter to determine the aerodynamic surface roughness length than the arithmetic mean value. Variations in velocity profiles at the same site during different wind periods are interesting because, in the engineering community, it has been commonly accepted that the aerodynamic characteristics at a particular site remain the same during various wind regimes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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