Seismic response of two dimensional liquid tanks is numerically simulated using fully nonlinear velocity potential theory. Galerkin-weighted-residual based finite element method is used for solving the governing Laplace equation with fully nonlinear free surface boundary conditions and also for velocity recovery. Based on mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) method, fourth order explicit Runge-Kutta scheme is used for time integration of free surface boundary conditions. A cubic-spline fitted regridding technique is used at every time step to eliminate possible numerical instabilities on account of Lagrangian node induced mesh distortion. An artificial surface damping term is used which mimics the viscosity induced damping and brings in numerical stability. Four earthquake motions have been suitably selected to study the effect of frequency content on the dynamic response of tank-liquid system. The nonlinear seismic response vis-a-vis linear response of rectangular liquid tank has been studied. The impulsive and convective components of hydrodynamic forces, e.g., base shear, overturning base moment and pressure distribution on tank-wall are quantified. It is observed that the convective response of tank-liquid system is very much sensitive to the frequency content of the ground motion. Such sensitivity is more pronounced in shallow tanks.
The work presented herein is a numerical investigation of the flow field inside a resonant igniter, with the aim of predicting the performances in terms of cavity temperature and noise spectrum. A resonance ignition system represens an attractive solution for the ignition of liquid rocket engines in space missions which require multiple engine re-ignitions, like for example debris removal. Furthermore, the current trend in avoiding toxic propellants leads to the adoption of green propellant which does not show hypergolic properties and so the presence of a reliable ignition system becomes fundamental. Resonant igniters are attractive for in-space thrusters due to the low weight and the absence of an electric power source. However, their performances are strongly influenced by several geometrical and environmental parameters. This motivates the study proposed in this work in which the flow field inside a resonant igniter is numerically investigated. The unsteady compressible Reynolds Averaged Navier-Stokes equations are solved by means of a finite volume scheme and the effects of several wall boundary conditions are investigated (adiabatic, isothermal, radiating). The results are compared with some available experimental data in terms of cavity temperature and noise spectrum.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.3
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pp.324-331
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2016
The present study focuses on the characteristics of a supersonic jet flowing from a rectangular nozzle exit on a flat plate. Flow visualization techniques using schlieren and kerosene-lampblack tracing are utilized to investigate shock reflection structures and boundary-layer separations over a flat plate. Wall pressure measurements are also carried out to quantitatively analyze the flow structures. All observations are repeated for multiple jet flow boundary conditions by varying the flap length and nozzle pressure ratio. The experimental results show that the jet flow structures over the flat plate are highly three-dimensional with strong bleeding flows from the plate sides, and that they are sensitive to plate length and nozzle pressure ratio. A multi-component force measurement device is also utilized to observe the characteristics of the jet flow thrust vectoring over the plate. The maximum thrust deflection angle of the jet is about $8^{\circ}$, demonstrating the applicability of thrust vector control via a flat plate installed at the nozzle exit.
This study investigated the steady-flow effects present in the numerical computation of the resistance added to a ship in waves. For a ship advancing in the forward direction, a time-domain 3D Rankine panel method is applied to solve the ship motion problem, and the added resistance due to waves is calculated using a near-field method, with the direct integration of the second-order pressure on the hull surface. In the linear potential theory, the steady flow is approximated by the basis potential of a uniform flow or double-body flow in order to linearize the boundary conditions. By applying these two different linearization schemes, the coupling effects between steady and unsteady solutions were examined. Furthermore, in order to analyze the steady-flow effects on the hull geometry, the computation results for two realistic hull forms, a KVLCC2 tanker and DTC containership, were compared. In particular, the mj term, which represents the coupling effects under the body boundary condition, was evaluated considering the geometry of a non-wall-sided ship. Lastly, the characteristics of the linearization schemes were examined in relation to the disturbed waves around a ship and the components of added resistance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.11
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pp.2999-3007
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1994
The unsteady numerical simulations have been presented for the laminar natural convection in a partially open compartment. Computations were performed within the domain of the compartment in order to show the thermal radiation and the partially opening effects on the flow fields and heat transfer characteristics. The results were shown for different Planck numbers(0.05~5) and opening ratios(0.25~0.75) being fixed with Ra=$10^5$ and Pr=0.71. Considering the flow which is buoyancy driven from the heated wall, and the buoyancy is not much affected by the further outside region from the opening, the numerical computations have been performed without an outer region by the particular boundary treatments on the flow velocity and temperature at the different partial openings. The confined numerical domain reduced the CPU time and the memory of computer. P-1 approximation of radiative transfer equation was employed with Marshak type boundary conditions along with the pseudo-black body approximation at the partial openings. The numerical results clearly show that the natural convective flow and heat transfer are much affected by increase of thermal radiation particularly from the initial state. When thermal radiation is not much affecting the flow ($PL{\le}1$), it was found that thermal radiation effects are almost negligible.
The retention of a molten pool vessel cooled by internal vessel reflooding and/or external vessel reactor cavity flooding has been considered as one of severe accident management strategies. The present numerical study investigates the effect of both internal and external vessel mixed cooling on an internally heated molten pool. The molten pool is confined in a hemispherical vessel with reference to the thermal behavior of the vessel wall. In this study, our numerical model used a scaled-down reactor vessel of a KSNP (Korea Standard Nuclear Power) reactor design of 1000 MWe (a Pressurized Water Reactor with a large and dry containment). Well-known temperature-dependent boiling heat transfer curves are applied to the internal and external vessel cooling boundaries. Radiative heat transfer has been considered in the case of dry internal vessel boundary condition. Computational results show that the external cooling vessel boundary conditions have better effectiveness than internal vessel cooling in the retention of the melt pool vessel failure.
Husem, Metin;Demir, Serhat;Park, Hong G.;Cosgun, Suleyman I.
Structural Engineering and Mechanics
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v.59
no.6
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pp.1121-1137
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2016
A large number of structure in the world were build with poor seismic details, with or without any lateral load resisting system like concentrically braced frames and steel plate shear walls. These structures can reveal deteriorating hysteretic behaviors with stiffness and strength degradation. Therefore, seismic retrofitting of such structures for drift control has vital importance. In this study a retrofit methodology has been developed, which involves diagonal bracing of steel frames with different cable arrangements. In the experimental and numerical program 5 different lateral load resisting system were tested and results compared with each other. The results indicated that multi-cable arrangements suggested in this study showed stable ductile behavior without any sudden decrease in strength. Due to the usage of more than one diagonal cable, fracture of any cable did not significantly affect the overall strength and deformation capacity of the system. In cable braced systems damages concentrated in the boundary zones of the cables and beams. That is why boundary zone must have enough stiffness and strength to resist tension field action of cables.
This paper presents an elasto-plastic model for determination of the ground response curve of a circular underwater tunnel excavated in elastic-strain softening rock mass compatible with a nonlinear Hoek-Brown yield criterion. The finite difference method (FDM) was used to propose a new solution to calculate pore water pressure, stress, and strain distributions on periphery of circular tunnels in axisymmetric and plain strain conditions. In the proposed solution, a modified non-radial flow pattern, for the hydraulic analysis, is utilized. To evaluate the effect of gravitational loads and variations of pore water pressure, the equations concerning different directions around the tunnel (crown, wall, and floor) are derived. Regarding the strain-softening behavior of the rock mass, the stepwise method is executed for the plastic zone in which parameters of strength, dilatancy, stresses, strains, and deformation are different from their elasto-plastic boundary values as compared to the tunnel boundary values. Besides, the analytical equations are developed for the elastic zone. The accuracy and application of the proposed method is demonstrated by a number of examples. The results present the effects of seepage body forces, gravitational loads and dilatancy angle on ground response curve appropriately.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.05a
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pp.306-309
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2006
Passive control of the shock wave/turbulent boundary-layer interaction control utilizing slotted plates over a cavity has been carried out. Effect of various slot configurations on the characteristics of the interactions are tested. Pitot/wall surface pressure distributions and flow visualizations including Schlierens and interference fringe patterns over a thin oil-film have been obtained at the downstream of the shock interactions. It was found that the interaction control by a certain slot-configuration could lead a reduction of the total pressure loss through the shock wave, however, the boundary layer thickness became thicker as compared with the case of no control.
In this study, a new analytical-numerical procedure is developed to give the stresses and strains around a circular tunnel in rock masses exhibiting different stress-strain behavior. The calculation starts from the tunnel wall and continues toward the unknown elastic-plastic boundary by a finite difference method in the annular discretized plastic zone. From the known stresses in the tunnel boundary, the strains are calculated using the elastic-plastic stiffness matrix in which three dimensional Hoek-Brown failure criterion (Jiang and Zhao 2015) and Mohr-Coulomb potential function with proper dilation angle (i.e., non-associated flow rule) are employed in terms of stress invariants. The illustrative examples give ground response curve and show correctness of the proposed approach. Finally, from the results of a great number of analyses, a simple relationship is presented to find out the closure of circular tunnel in terms of rock mass strength and tunnel depth. It can be valuable for the preliminary decision of tunnel support and for prediction of tunnel problems.
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