Large Eddy Simulation (LES) is used to explore the influence of vibration frequency and amplitude on the aerodynamic performance of a rectangular cylinder with an aspect ratio of B/D=5 (B: breadth; D: depth of cylinder) at a Reynolds number of 22,000 near resonance frequency. In smooth flow conditions, the research employs a sequence of three-dimensional simulations under forced vibration with diverse frequency ratios fe / fo = 0.8-1.2 (fe : oscillation frequency; fo : Strouhal frequency when the rectangular cylinder is stationary ) and oscillation amplitudes Ah/D = 0.05 - 0.3. The individual influences of fe / fo and Ah/D on the characteristics of integrated and distributed aerodynamic forces are the focal points of discussion. For the integrated aerodynamic force, particular emphasis is placed on the analysis of the dependence of velocity-proportional component C1 and displacement-proportional component C2 of unsteady aerodynamic force on amplitude and frequency ratio. Near the resonance frequency, the dependencies of C1 and C2 on amplitude are stronger than that of frequency ratio. For the distributed aerodynamic force, the increase in frequency and amplitude promotes the position of the main vortex core and reattachment to the leading edge in the streamwise direction. In the spanwise direction, vibration enhances the spanwise correlation of aerodynamic force to weaken the three-dimensional effect of the flow field, and a lower frequency ratio and larger amplitude amplify this effect.
The purpose of the current study is to predict the hardness distribution in steel products after hot stamping using a quench factor analysis(QFA) coupled with FE-simulations. QFA is a method to predict properties such as hardness and tensile strength based on time-temperature-property(TTP) curves and can determine properties based on the temperature histories. The constants($K_1{\sim}K_5$) of QFA were determined using hardness data obtained after various cooling rates. In the current study, a rear side member was selected for evaluation and FE-simulations were performed to obtain the temperature histories during hot stamping. The predicted temperature data were imported into the QFA to calculate the hardness distribution of the hot stamped parts. A hot stamping experiment of the rear side member was conducted to verify the predicted hardness. The simulation results show good agreement with the experimental measurements.
The blockage effect on the aerodynamic characteristics of tall buildings is a fundamental issue in wind tunnel test but has rarely been addressed. To evaluate the blockage effects on the aerodynamic forces on a square tall building and flow field peripherally, large eddy simulations (LES) were performed on a 3D square cylinder with an aspect ratio of 6:1 under the uniform smooth inflow and turbulent atmospheric boundary layer (ABL) inflow generated by the narrowband synthesis random flow generator (NSRFG). First, a basic case at a blockage ratio (BR) of 0.8% was conducted to validate the adopted numerical methodology. Subsequently, simulations were systematically performed at 6 different BRs. The simulation results were compared in detail to illustrate the differences induced by the blockage, and the mechanism of the blockage effects under turbulent inflow was emphatically analysed. The results reveal that the pressure coefficients, the aerodynamic forces, and the Strouhal number increase monotonically with BRs. Additionally, the increase of BR leads to more coherence of the turbulent structures and the higher intensity of the vortices in the vicinity of the building. Moreover, the blockage effects on the aerodynamic forces and flow field are more significant under smooth inflow than those under turbulent inflow.
The underlying goal of the present paper is to investigate soil and structural uncertainties on impedance functions and structural response of soil-shallow foundation-structure (SSFS) system using Monte Carlo simulations. The impedance functions of a rigid massless circular foundation resting on the surface of a random soil layer underlain by a homogeneous half-space are obtained using 1-D wave propagation in cones with reflection and refraction occurring at the layer-basement interface and free surface. Firstly, two distribution functions (lognormal and gamma) were used to generate random numbers of soil parameters (layer's thickness and shear wave velocity) for both horizontal and rocking modes of vibration with coefficients of variation ranging between 5 and 20%, for each distribution and each parameter. Secondly, the influence of uncertainties of soil parameters (layer's thickness, and shear wave velocity), as well as structural parameters (height of the superstructure, and radius of the foundation) on the response of the coupled system using lognormal distribution was investigated. This study illustrated that uncertainties on soil and structure properties, especially shear wave velocity and thickness of the layer, height of the structure and the foundation radius significantly affect the impedance functions, and in same time the response of the coupled system.
Centrifugal pumps consume considerable amount of energy in various industrial applications. Therefore, improvement of the efficiency of these machines has become a major challenge. Cavitation is a phenomenon which decreases the pump efficiency and even causes structural demage. Hence, the goal of this paper is to investigate the cavitation problem in the single-stage and double-stage centrifugal pumps. The Volume of Fraction (VOF) method has been used for the numerical simulations together with Rayliegh-Plesset model for the gas-liquid two-phase flow inside the pump. In order to capture the turbulent phenomena, the standard k-${\varepsilon}$ turbulence model has been adopted, and the simulations have been done as unsteady cases. In addition, the motion of the rotating parts has been simulated using Multi Reference Frame(MRF) method. The results are presented and compared in terms of hydraulic head and NPSH for both the single-stage and double-stage pumps. The H-Q curves show the effects of cavitation on decreasing the pumps performances.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권1호
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pp.11-24
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2017
The present work focuses multi-objective optimization of blade sweep for a Wells turbine. The blade-sweep parameters at the mid and the tip sections are selected as design variables. The peak-torque coefficient and the corresponding efficiency are the objective functions, which are maximized. The numerical analysis has been carried out by solving 3D RANS equations based on k-w SST turbulence model. Nine design points are selected within a design space and the simulations are run. Based on the computational results, surrogate-based weighted average models are constructed and the population based multi-objective evolutionary algorithm gave Pareto optimal solutions. The peak-torque coefficient and the corresponding efficiency are enhanced, and the results are analysed using CFD simulations. Two extreme designs in the Pareto solutions show that the peak-torque-coefficient is increased by 28.28% and the corresponding efficiency is decreased by 13.5%. A detailed flow analysis shows the separation phenomena change the turbine performance.
Geographic information system (GIS) sewer network data are a fundamental input material for urban inundation modeling, which is important to reduce the increasing damages from urban inundation due to climate change. However, the essential attributes of the data built by a local government are often missing because the purpose of building the data is the maintenance of the sewer system. Inconsistent simplification and supplementation of the sewer network data made by individual researchers may increase the uncertainty of flood simulations and influence the inundation analysis results. Therefore, it is necessary to develop a basic algorithm to convert the GIS-based sewage network data into input data that can be used for inundation simulations in consistent way. In this study, the format of GIS-based sewer network data for a watershed near the Sadang Station in Seoul and the Oncheon River Basin in Busan was investigated, and a missing data supplementing algorithm was developed. The missing data such as diameter, location, elevation of pipes and manholes were assumed following a consistent rule, which was developed referring to government documents, previous studies, and average data. The developed algorithm will contribute to minimizing the uncertainty of sewer network data in an urban inundation analysis by excluding the subjective judgment of individual researchers.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권1호
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pp.353-363
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2019
This paper presents a comprehensive simulation and assessment of gas dispersion above sea from a subsea release using a Computational Fluid Dynamics (CFD) approach. A 3D CFD model is established to evaluate the behavior of flammable gas above sea, and a jack-up drilling platform is included to illustrate the effect of flammable gas cloud on surface vessels. The simulations include a matrix of scenarios for different surface release rates, distances between surface gas pool and offshore platform, and wind speeds. Based on the established model, the development process of flammable gas cloud above sea is predicted, and the dangerous area generated on offshore platform is assessed. Additionally, the effect of some critical factors on flammable gas dispersion behavior is analyzed. The simulations produce some useful outputs including the detailed parameters of flammable gas cloud and the dangerous area on offshore platform, which are expected to give an educational reference for conducting a prior risk assessment and contingency planning.
A study on in-mold punching technology for hole piercing during molding of hollow plastic parts was conducted. Considering the non-linearity of the HDPE plastic material, mechanical properties were obtained according to the change in temperature and load speed. A standard specimen for the in-mold punching test was designed to implement the in-mold punching process, and the specimen was obtained through injection molding. In order to analyze the influence of process variables during in-mold punching, an in-mold punching mold capable of controlling variables such as temperature and support pressure of the specimen was designed and manufactured. Mold heating characteristics were confirmed through finite element analysis, and punching simulations for changes in process conditions were performed to analyze punching characteristics and reflected in the experiment. Through simulations and experiments, it was found that the heating temperature, punch shape, punching speed, and pressure of the back side of the specimen were very important during in-mold punching of HDPE materials, and optimal conditions were acquired within a given range.
Of the Korean military's 3,959 ammunition depots, 1,007 - more than 25% - violate safety requirements for distance and equipment. There is a risk of explosion in old depots that are vulnerable to various interior and exterior accidents. This paper examines 10 scenarios, with varying values for ammunition amount and safety distance. The study calculated the overpressure that can be applied to risk-exposure objects, based on the safety distance; expected damage was predicted using constructed spatial information from 3D explosion simulations. The simulations confirmed that explosion overpressure increased the most when the safety distance violation rate increased from 80% to 90%. It also confirmed that secondary damage such as fire and explosion can cause casualties and property damage when the violation rate is 60% or higher. The results show that building collapse becomes a risk with a violation rate of 70% or higher. We conclude that taking ammunition depot safety distance violation into account when planning military facilities and their land utilization could better protect life and property.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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