Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.10
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pp.795-803
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2015
The boundary layer developing over the suction surface of a first-stage turbine blade for power generation has been investigated in this study. For three locations selected in the region where local thermal load changes dramatically, mean velocity, turbulence intensity, and one-dimensional energy spectrum are measured with a hot-wire anemometer. The results show that the suction-surface boundary layer suffers a transition from a laminar flow to a turbulent one. This transition is confirmed to be a "separated-flow transition", which usually occurs in the shear layer over a separation bubble. The local minimum thermal load on the suction surface is found at the initiation point of the transition, whereas the local maximum thermal load is observed at the location of very high near-wall turbulence intensity after the transition process. Frequency characteristics of turbulent kinetic energy before and after the transition are understood clearly from the energy spectrum data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.8
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pp.1103-1112
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2001
The effect of pressure gradients on the hairpin structures in three different turbulent boundary layers (ZPG : Re(sub)$\theta$=910, FPG : Re(sub)$\theta$=575, APG : Re(sub)$\theta$=1290) has been examined with instantaneous velocity fields obtained in streamwise-wall-normal planes using PIV (particle image velocimetry) method. In the outer layer hairpin vortices occur in streamwise-aligned packets that propagate with small velocity dispersion. The signature pattern of the hairpin consists of a spanwise vortex core located above a region of strong second quadrant fluctuation (u<0 and v>0 : Q2 event) is clearly observed. The formation of packets explains the occurrence of multiple VITA events in turbulent burst. Noticeable differences are found in the average inclination angles of hairpin vortex packets which are 45$^{\circ}$, 35.7$^{\circ}$, and 51.9$^{\circ}$in the case of ZPG, FPG and APG, respectively. It is found that the large, time-varying, irregularly shaped zones with nearly constant streamwise momentum exist throughout the boundary layer. Within the interior of the envelope the spatial coherence between the velocity fields induced by the individual vortices leads to strongly retarded streamwise momentum, explaining the zones of uniform momentum. The formation of the uniform momentum zone is remarkably different with respect to the pressure gradients especially in the logarithmic layer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.5
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pp.1189-1196
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1988
Thermal entrance lengths of turbulent tube flow for viscoelastic polymer solutions are investigated experimentally in the recirculating flow system with tubes of inside diameters 8.5mm(L/D=710) and 10.3mm(L/D=1158), respectively. In the present system, the hydrodynamic and thermal boundary layers develop simultaneously from the beginning of the test section. To provide the boundary condition of constant heat flux at the wall, the test tubes are heated directly by electricity. The polymer solution used in the current study is 1000 wppm aqueous solution of polyacrylamide(Separan AP-273). The apparent viscosity of the polymer solutions circulating in the flow system are measured by the capillary tube viscometer at regular time intervals. Thermal entrance lengths vary due to the rate of degradation. The entrance lengths of degraded polymer solutions are about 500~600 times the diameter. However, the entrance lengths of fresh polymer solutions are greater than the lengths of the test tubes used in this study suggesting that thermal entrance lengths for viscoelastic polymer solutions are greater than 1100 tube times the diameters. Friction factor is almost insensitive to the degradation, but the heat transfer $j_{H}$-factor is affected seriously by degradation. Based on the present experimental data of fresh solutions a correlation for the heat transfer $j_{H}$-factor is presented.ted.
This paper is the result of the experimental and numerical research on the distribution of vertical earth pressure due to surcharge loads acting on cantilever retaining wall close to a rigid slope with a stiff angle. Centrifuge model experiments were performed with changing the roughness of adjacent slope to the wall, distance between the wall and the slope and gravitational levels. Vertical earth pressures were measured by earth cells embedded in the backfill of the wall. Test results of vertical earth pressures due to surcharge loads were compared with theoretical estimations by using two different methods of limit equilibrium and the numerical analysis. For limit equilibrium methods, the modified silo and the wedge theories, proposed by Chung(1993, 1997), were used to analyze test results. Based on those modified theories, the particular solution with the boundary condition of surcharge loads on the surface of backfill was obtained to find the vertical stress distributions acting on the backfill. FLAC with the hyperbolic constitutive model was also used for the numerical estimation. As a result of comparison of test results with theoretical and numerical estimations, distribution of vertical earth pressures obtained from centrifuge model tests is generally in good agreement with numerical estmated values by using FLAC whereas the wedge theory shows values close to test results in case the distance between the wall and the slope is narrow.
Since previous studies on the 3-dimensional earth pressure have been conducted focusing on the stability of wall, it is very difficult to find a study on the load transfer to the adjacent ground induced by the 3-dimensional active displacement. Therefore, in this study, we tried to find out the load transfer to the adjacent ground induced by the 3-dimensional active displacement depending on the size of rectangular wall which was defined by the aspect ratio, that is, the ratio of the height to the width of the wall. 3-dimensional model tests were performed in order to measure the distribution and the magnitude of load transfer to surrounding grounds. The transferred load was 17.9~30.6% less than the difference between the 3-dimensional active earth pressure and earth pressure at rest. The transferred load of both vertical and horizontal was maximum at the boundary of the active wall. The load transfer range depended on the normalized height of the active wall, and it was 0.67~1.29w in horizontal direction and 1.0~3.0h in vertical direction. The transferred load in horizontal was maximum at the height of the wall. As the aspect ratio increases the location of the maximum transferred load points becomes higher. The ratio of the transferred load area of 56~79% at 0.25w in horizontal direction and 50~58% at 1.0~1.5 in vertical direction. Diagrams showing the distribution and the magnitude of the transferred load depending on the aspect ratio were suggested.
In this paper, a dynamic analysis of the reciprocating compression mechanism of a small refrigeration compressor is performed. In the problem formulation of the mechanism dynamics, the viscous frictional force between the piston and the cylinder wall is considered in order to determine the coupled dynamic behaviors of the piston and the crankshaft. Simultaneous solutions are obtained for the equations of motion of the reciprocating mechanism and the time-dependent Reynolds equations for the lubricating film between the piston and the cylinder wall and for the oil films on the journal bearings. The hydrodynamic forces of the journal bearings are calculated by using a finite bearing model along with the Gumbel boundary condition. A Newton-Raphson procedure is employed in solving the nonlinear equations for the piston and crankshaft. The developed computer program can be used to calculate the complete trajectories of the piston and the crankshaft as functions of the crank angle under compressor-running conditions. The results explored the effects of the radial clearance of the piston, oil viscosity, and mass and mass moment of inertia of the piston and connecting rod on the stability of the compression mechanism.
The natural convection in a horizontal enclosure heated from the bottom wall, cooled at the top wall, and having a square adiabatic body in the center is studied. Three different Prandtl numbers (0.01, 0.7 and 7) are considered for the investigation of the effect of the Prandtl number on natural convection. Adiabatic boundary conditions are employed for the side walls. A two-dimensional solution for unsteady natural convection is obtained, using an accurate and efficient Chebyshev spectral methodology for different Rayleigh numbers varying over the range of $10_3$ to $10_6$. It had been experimentally reported that the heat transfer mode becomes oscillatory when Pr is out of a specific Pr band beyond the critical Ra. In this study, we reproduced this phenomenon numerically. It was found that when Ra=$10_6$, only the case for intermediate Pr (=0.7) reached a non-changing steady state and the low and high Pr number cases (Pr=0.01 and 7) showed a periodically oscillatory fashion hydrodynamically and thermally. The variation of time- and surface-averaged Nusselt numbers on the hot and cold walls for different Rayleigh numbers and Prandtl numbers are presented to show the overall heat transfer characteristics in the system. Further, the isotherms and streamline distributions are presented in detail to compare the physics related to their thermal behavior.
Within recent years attention has been focused on the method of hydrogen storage using metal hydride reactor due to its high energy density, durability, safety and low operating pressure. In this paper, a numerical study is carried out to investigate the coupled heat and mass transfer process for absorption in a cylindrical metal hydride hydrogen storage reactor using a newly developed model. The simulation results demonstrate the evolution of temperature, equilibrium pressure, H/M atomic ratio and velocity distribution as time goes by. Initially, hydrogen is absorbed earlier from near the wall which sets the cooling boundary condition owing to that absorption process is exothermic reaction. Temperature increases rapidly in entire region at the beginning stage due to the initial low temperature and enough metal surface for hydrogen absorption. As time goes by, temperature decreases slowly from the wall region due to the better heat removal. Equilibrium pressure distribution appears similarly with temperature distribution for reasons of the function of temperature. This work provides a detailed insight into the mechanism and corresponding physicochemical phenomena in the reactor during the hydrogen absorption process.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.8
no.9
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pp.788-794
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2002
To improve surgical result of total hip arthroplasty (THA), there has been some approaches using a robotic milling system, which can make a precise cavity in the femur. Usually, to carve a femur, the surgical robot is controlled by a pre-programmed tool-path regardless of a surgeon's experience and Judgment. This paper presents a control method of a surgical robot for THA, which can be used as an advanced surgical tool. With a master/slave combined surgical robot, surgeon can directly control the motion and velocity of a surgical robot. The master/slave-combined robot is controlled to display a specific admittance for a surgeon's force to the surgical robot velocity. To prevent the over-carving of a femur, virtual hard wall is displayed on the surgical boundary. To evaluate the proposed control method of the master/slave-combined surgical robot, 2-DOF master/slave-combined manipulator is used in experiment.
In this paper, liquid sloshing effects in rectangular storage structures for spent fuel under earthquake loadings are investigated. Eulerian and Lagrangian approaches are presented. The Eulerian approach is carried out by solving the boundary value problem for the fluid motion. In the Lagrangian approach, the fluid as well as the storage structure is modelled by the finite element method. The fluid region is discretized by using fluid elements. The (1*1)-reduced integration is carried out for constructing the stiffness matrices of the fluid elements. Seismic analysis of the coupled system is carried out by the response spectra method. The numerical results show that the fluid forces on the wall obtained by two approaches are in good agreements. By including the effect of the wall flexibility, the hydrodynamic forces due to fluid motion can be increased very significantly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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