Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.2
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pp.12-20
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1998
Exter ballistics of a typical high-speed projectile is studied through a flow-visualization experiment and an unstructured grid Navier-Srokes computation. Experiment produced a schlieren photograph that adequately shows the characteristic features of this complex flow, namely two kinds of oblique cone shocks and turbulent wake developing into the downstream. A hybrid scheme of finite volume-element method is used to simulate the compressible Reynolds-Averaged Navier-Stok- es solution on unstructured grids. Osher's approximate Riemann solver is used to discretize the cinvection term. Higher-order spatial accuracy is obtained by MUSCL extension and van Albada ty- pe flux limiter is used to stabilize the numerical oscillation near the solution discontinuity. Accurate Gakerkin method is used to discretize the viscous term. Explict fourth-order Runge-Kutta method is used for the time-stepping, which simplifies the application of MUSCL extension. A two-layer k-$\varepsilon$ turbulence model is used to simulate the turbulent wakes accurately. Axisymmetric folw and two-dimensional flow with an angle of attack have been computed. Grid-dependency is also checked by carrying out the computation with doubled meshes. 2-D calculation shows that effect of angle of attack on the flow field is negligible. Axi-symmetric results of the computation agrees well with the flow visualization. Primary oblique shock is represented within 2-3 meshes in numerical results, and the varicose mode of the vortex shedding is clearly captured in the turbulent wake region.
The inrush current of transformer can flow when the overvoltage caused by surge or external faults is applied. In this paper, an algorithm for the calculation of this inruch current is proposed. The capacitances of windings are precalculated by using 3 dimensional FEM and are appended to circuit of the transformer. And transient characteristics of the transformer are analyzed by axisymmetric FEM which is coupled magnetic field of transformer and circuit of transformer. When a transformer encounters abnormal voltage, using the proposed method, internal magnetic field of transformer, voltages and currents of windings are calculated.
Yongli Zhong;Yichen Liu;Hua Zhang;Zhitao Yan;Xinpeng Liu;Jun Luo;Kaihong Bai;Feng Li
Wind and Structures
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v.38
no.2
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pp.129-146
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2024
Aiming at the problem of non-stationary wind field simulation of downbursts, a non-stationary down-burst generation system was designed by adding a nozzle and program control valve to the inlet of the original wall jet model. The computational fluid dynamics (CFD) method was used to simulate the downburst. Firstly, the two-dimensional (2D) model was used to study the outflow situation, and the database of working conditions was formed. Then the combined superposition of working conditions was carried out to simulate the full-scale measured downburst. The three-dimensional (3D) large eddy simulation (LES) was used for further verification based on this superposition condition. Finally, the wind tunnel test is used to further verify. The results show that after the valve is opened, the wind ve-locity at low altitude increases rapidly, then stays stable, and the wind velocity at each point fluctuates. The velocity of the 2D model matches the wind velocity trend of the measured downburst well. The 3D model matches the measured downburst flow in terms of wind velocity and pulsation characteris-tics. The time-varying mean wind velocity of the wind tunnel test is in better agreement with the meas-ured time-varying mean wind velocity of the downburst. The power spectrum of fluctuating wind ve-locity at different vertical heights for the test condition also agrees well with the von Karman spectrum, and conforms to the "-5/3" law. The vertical profile of the maximum time-varying average wind veloci-ty obtained from the test shows the basic characteristics of the typical wind profile of the downburst. The effectiveness of the downburst generation system is verified.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.29
no.6
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pp.399-409
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2017
This study numerically investigates the characteristics of the velocity field including the average flow velocity, longshore current and turbulent kinetic energy acting as the main external forces of the salient formed behind the permeable submerged breakwaters. Shoreline response is also predicted by the longshore-induced flux. In this paper, a three-dimensional numerical wave tank based on the OLAFOAM, CFD open source code, is utilized to simulate the velocity field around permeable submerged breakwaters under the formation condition of salient. The characteristics of the velocity field around permeable submerged breakwaters with respect to the gap width between breakwaters and the installing position away from the shoreline under a range of regular waves for different wave height are evaluated. The numerical results revealed that as the gap width between breakwaters increases, the longshore currents become stronger. Furthermore, as the gap width becomes narrower, the point where flow converges moves from the center of the breakwater to the head part. As a result, it is possible to understand the formation of the salient formed behind the submerged breakwaters. In addition, it was found that the longshore currents caused by the gap width between breakwaters and the installation position away from the shoreline are closely related to the turbulent kinetic energy.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.25
no.5
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pp.1076-1085
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2001
Experimental investigations of the longitudinal vortices, which are produced by wing type vortex generators set up behind a circular cylinder in a rectangular channel, are presented. When the circular cylinder is set up in the rectangular channel, a horseshoe vortex is formed just upsteam of the circular cylinder. It generates a turbulent wake region behind the circular cylinder. Therefore, the region of the pressure loss behind the circular cylinder in increased and the size of the wake is small. These problems can be achieved by longitudinal vortices which are generated by wing-type vortex generator. In order to control the strength of longitudinal vortices, the angle of attack of the vortex generators is varied from 20 degree to 45, but the spacing between the vortex generators is fixed 6cm. The 3-dimensional mean velocity measurements are made using a five-hole probe. The vorticity field and streamwise velocity contour are obtained from the velocity field. The following results are obtained. Circulation strength is the maximum value when the angle of attack($\beta$) is $30^{\circ}$, and the vorticity field and streamwise velocity contour in case of $\beta$=$20^{\circ}$ show the trend similar to these in case of $\beta$=$30^{\circ}$, but do not in case of $\beta$=$45^{\circ}$.
The present study was an attempt for systematic data conversion between FDM and FEM in order to evaluate the thermal stress distribution during quenching process. It has been generally recognized that FDM is efficient in flow and temperature analysis and FEM in that of stress. But it induced difficulty and tedious work in analysis that one uses both FDM and FEM to take their advantages because of the discrepancy of nodes between analysis tools. So we proposed field data conversion procedure from FDM to FEM in 3-dimensional space, then applied this procedure to analysis of quenching process. The simulation procedure calculates the distributions of temperature and microstructure using FDM and microstructure evolution equations of diffusion and diffusionless transformation. FEM was used for predicting the distributions of thermal stress. The present numerical code includes coupled temperaturephase transformation kinetics and temperature-microstructure dependent material properties. Calculated results were compared with previous experimental data to verify the method, which showed good agreements.
The characteristics of boundary layers have significant effects on the aerodynamic forces and vibration of the wind turbine blade. The incorporation of active trailing edge flaps (ATEF) into wind turbine blades has been proven as an effective control approach for alleviation of load and vibration. This paper is aimed at investigating the effects of external trailing edge flaps on the flow pattern and velocity distribution within a boundary layer of a NREL 5MW reference wind turbine, as well as designing a new type of velocity sensors for future validation measurements. An aeroelastic-aerodynamic simulation with FAST-AeroDyn code was conducted on the entire wind turbine structure and the modifications were made on turbine blade sections with ATEF. The results of aeroelastic-aerodynamic simulations were combined with the results of two-dimensional computational fluid dynamic simulations. From these, the velocity profile of the boundary layer as well as the thickness variation with time under the influence of a simplified load case was calculated for four different blade-flap combinations (without flap, with $-5^{\circ}$, $0^{\circ}$, and $+5^{\circ}$ flap). In conjunction with the computational modeling of the characteristics of boundary layers, a bio-inspired hair flow sensor was designed for sensing the boundary flow field surrounding the turbine blades, which ultimately aims to provide real time data to design the control scheme of the flap structure. The sensor element design and performance were analyzed using both theoretical model and finite element method. A prototype sensor element with desired bio-mimicry responses was fabricated and validated, which will be further refined for integration with the turbine blade structures.
Kim, Jin-Kwan;Kim, Ho-Joong;Lee, Myung-Jun;Kim, Tae-Sung;Kwon, Soon-Bark
Proceedings of the SAREK Conference
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2008.11a
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pp.546-550
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2008
In this study, 3-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis was induced to simulate air flow and particle motion in the axial flow cyclone separator. The commercialized CFD code FLUENT was used to visualize pressure drop and particle collection efficiency inside the cyclone. We simulated 4 cyclone models with different shape of vane, such as turning angle or shape of cross section. For the air flow simulation, we calculated the flow field using standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence viscous model. Each model was simulated with different inlet or outlet boundary conditions. Our major concern for the flow filed simulation was pressure drop across the cyclone. For the particle trajectory simulation, we adopted Euler-Lagrangian approach to track particle motion from inlet to outlet of the cyclone. Particle collection efficiencies of various conditions are calculated by number based collection efficiency. The result showed that the rotation angle of the vane plays major roll to the pressure drop. But the smaller rotation angle of vane causes particle collection efficiency difference with different inlet position.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.12
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pp.1716-1723
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2003
A stereoscopic PIV(Particle Image Velocimetry) technique was employed to measure the 3 dimensional flow structure of turbulent wake behind a marine propeller with 5 blades. The out-of-plane velocity component was determined using two CCD cameras with the angular displacement configuration. Four hundred instantaneous velocity fields were measured for each of four different blade phases and ensemble averaged to investigate the spatial evolution of the propeller wake in the near-wake region from the trailing edge to one propeller diameter(D) downstream. The phase-averaged velocity fields show the potential wake and the viscous wake developed along the blade surfaces. Tip vortices were generated periodically and the slipstream contraction occurs in the near-wake region. The out-of-plane velocity component and strain rate have large values at the locations of tip and trailing vortices. As the flow goes downstream, the turbulence intensity, the strength of tip vortices and the magnitude of out-of-plane velocity component at trailing vortices are decreased due to viscous dissipation, turbulence diffusion and blade-to-blade interaction.
An experimental study was carried out in a vertical channel with square heat source by visualization equipment with laser apparatus. The image processing system consists of one commercial image board slit into a personal computer and 2-dimensional sheet light by Argon-Ion Laser with cylindrical lens and flow picture recording system. Instant simultaneous velocity vectors at whole field were measured by 2-D PIV system which adopted two-frame grey-level cross correlation algorithm. Heat source was uniform heat flux(5W). The obtained results show various flow patterns such as the kinetic energy distribution and the turbulent kinetic energy distribution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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