This paper presents the flow and the suspended sediment movement over ripples for oscillatory flows. A new numerical model system is developed, and applied to a laboratory experimental condition of regular waves and a fictitious condition of irregular waves. The flow field is obtained from a programme proposed by Kim et. al.(1994), which is a modified version of SOLA based on SMAC scheme. The sub-model solves the continuity and Reynolds momentum equations in the x-z plane. The wave orbital velocities, shear stresses, and pressure are all reasonably reproduced by the model. The model results on the vertical velocity component show good agreement with the measurements. The suspended sediment transport sub-model is newly set up to solve the advection-diffusion equation of suspended sediment using a split method, and involving a special shear entrainment from the whole ripple surface. The calculated suspended sediment concentrations for regular waves show reasonable agreement with measurements at Deltaflume. The model results for random waves show that the suspended sediment concentration is higher than those for regular waves and that the sediment diffuses higher than for regular waves with the significant wave height and the peak wave period of the irregular waves.
This paper proposes a volume meshing method that fills the inside of an object with tetrahedra, of which dihedral angles are good. The suggested method is fast, stable and easy to implement It can also utilize an octree structure to space-efficiently fill an object with graded tetrahedra by reducing the total number of tetrahedra. To obtain a high-quality mesh with good dihedral angles, we restrict the octree such that any pair of neighboring cells only differs by one level. To efficiently construct a restricted-octree and generate a volume mesh from the octree, we utilize a signed distance field of an object on its bounded workspace. The suggested method can be employed in FEM-based simulation of large elasto-plastic deformation and tetrahedral-mesh-based simulation of fluid flow.
A capillary action-induced tension develops in the tear layer between the contact lens and cornea, which leads to the restoring force due to difference in the layer thickness between either upper and lower or left and right side of the lens when it is displaced off the equilibrium position as a result of blinking. Suppose the lens was displaced a certain distance from the equilibrium position, lens starts to oscillate toward the equilibrium position with the decreasing amplitude due to the restoring force as well as the velocity dependent viscous damping force in the tear layer. A mathematical model which consists of the differential equations and their numerical solution was proposed to analyze the damped oscillations of lenses. The model predicts the time dependence of lenses after the blink varying the various parameters such as Be, diameters, masses and positions displaced from equilibrium. As the Be and mass of lens increases the rate of amplitude reduction decreases, which requires a more time for the lens to return to the equilibrium position. It seems that varying the lens' displacement and diameters affect the lens' motion very little.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.3
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pp.309-316
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2011
Canoes are usually made from wood or FRP. However, today environment-friendly materials are preferred, and hulls made of FRP are prohibited in some countries. Polyethylene can be recycled and so is suitable for synthetic canoe construction. We used 3D Boat-Design to determine the hydrostatic properties of the canoe. Flow-structure coupled analysis was performed using ANSYS Workbench R12.1. The hull pressure and passenger weight were considered as canoe loading factors. The key parameters for the canoe are the design variables. The constraints are as follows: (1) The maximum stress must not exceed 50% of the polyethylene yield stress; and (2) the canoe weight must not exceed 50 kg. The optimal structural conditions were obtained by the response optimization process. The components of the canoe hull were manufactured from polyethylene pipes and joined by thermal fusion methods. Tests showed that the polyethylene canoe had better performance than existing canoes.
Surface texturing is widely applied to reduce friction and improve the reliability of machine elements. Despite extensive theoretical studies to date, most research has been limited to parallel thrust bearings, mechanical face seals, piston rings, etc. However, most sliding bearings have a convergent film shape in the sliding direction and the hydrodynamic pressure is mainly generated by the wedge action. The results of surface texturing on inclined slider bearings are largely insufficient. This paper is the first part of a recent study focusing on the effect of the groove position on the lubrication performances of inclined slider bearings. We model a slider bearing with one rectangular groove on a fixed pad and analyze the continuity and Navier-Stokes equations using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT. The results show that the film convergence ratio and the groove position have a significant influence on the pressure and velocity distributions. There are groove positions to maximize the supporting load with the film convergence ratio and the groove reduces the frictional force acting on the slider. Therefore, the proper groove position not only improves the load-carrying capacity of the slider bearings but also reduces its frictional loss. The present results apply to various surface-textured sliding bearings and can lead to further studies.
It is currently well known that surface textures act as lubricant reservoirs, entrap wear debris, and hydrodynamic bearings, which can lead to certain increases in load-carrying capacities. Until recently, the vast majority of research has focused on parallel sliding machine components such as thrust bearings, mechanical face seals, piston rings, etc. However, most sliding bearings have a convergent film shape in the sliding direction and their hydrodynamic pressure is mainly generated by the wedge action. Following the first part of the present study that investigates the effect of groove position on the lubrication performances of inclined slider bearings, this paper focuses on the effects of groove depths and film thicknesses. Using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT, the continuity and Navier-Stokes equations are numerically analyzed. The results show that the film thickness and groove depth have a significant influence on the pressure distribution. The maximum pressure occurs at the groove depth where the vortex is found and, as the depth increases, the pressure decreases. There is also a groove depth to maximize the supporting load with the film thickness. The friction force acting on the slider decreases with deeper grooves. Therefore, properly designed groove depths, depending on the operating conditions, can improve the load-carrying capacity of inclined slider bearings as compared to the bearings without a groove.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.8
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pp.797-806
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2008
In a double-passage cascade apparatus, only two blades are installed in order to increase the accuracy of experimental result by applying bigger blade than the size of multi-blades on the same apparatus. However, this causes difficulties to make correct periodic condition. In this study, sidewalls are designed to meet periodic condition without removing the operating fluid or adjusting tail boards. Surface Mach number on the blade surface is applied to a responsible variable, and 12 design variables which are related with sidewall profile control are selected. A gradient-based optimization is adopted for wall design and CFX-11 is used for the internal flow computation. The computed result shows that it could obtain the same flow structure by modifying only the sidewalls of the double-passage cascade apparatus.
Sung, Hyung Jin;Ha, Byunghang;Park, Jinsoo;Destgeer, Ghulam;Jung, Jin Ho
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.14
no.1
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pp.57-61
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2016
We report a finding of fast(exceeding 2,000 K/s) heating of polydimethylsiloxane(PDMS), one of the most commonly-used microchannel materials, under cyclic loadings at high(~MHz) frequencies. A microheater was created based on the finding. The heating mechanism utilized vibration damping of sound waves, which were generated and precisely manipulated using a conventional surface acoustic wave(SAW) microfluidic system, in PDMS. The penetration depths were measured to range from $210{\mu}m$ to $1290{\mu}m$, enough to cover most microchannel heights in microfluidic systems. The energy conversion efficiency was SAW frequency-dependent and measured to be the highest at around 30 MHz. Independent actuation of each interdigital transducer(IDT) enabled independent manipulation of SAWs, permitting spatiotemporal control of temperature on the microchip. All the advantages of this microheater facilitated a two-step continuous flow polymerase chain reaction(CFPCR) to achieve the billion-fold amplification of a 134 bp DNA amplicon in less than 3 min. In addition, a technique was developed for establishing dynamic free-form temperature gradients(TGs) in PDMS as well as in gases in contact with the PDMS.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.27
no.9
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pp.939-945
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2005
The Photocatalytic activity was investigated with the increase of flow rate in a $UV/TiO_2$ packed-bed system. The rate of phenol degradation over $UV/TiO_2$ (dia. = 5 mm) was increased up to 300 mL/min and reached a plateau beyond 400 mL/min. The bead photocatalysts did not exhibit a distinct difference of the phenol degradation rate irrespective of corrosion rates of glass beads and $TiO_2$ coating amounts. Degussa P25 exhibited a higher photocatalytic activity in comparison to other $TiO_2$ sols(Ishihara & N). The performance(activity and durability) of $UV/TiO_2$ packed-bed system can be enhanced by the use of $TiO_2$-coated glass beads instead of granular types that is easily attrited by the shearing force of flowing fluids.
The turbulent shear flaw around a surface-mounted vertical wall was investigated using the two-frame PIV(CACTUS 3.1) system. From this study, it is revealed that at least 500 instantaneous velocity field data are required for ensemble average to get reliable turbulence statistics, but only 200 field data are sufficient for the time-averaged mean velocity information The flow has an unsteady recirculation region post vertical wall with bottom gap, followed by a slow relaxation to the fiat-plate boundary layer flow. The time-averaged reattachment length estimated from the streamline distribution is about x/H=3H. The large eddy structure in the separated shear layer seems to have signification influence on the development of the separated shear layer and the reattachment process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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