International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.2
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pp.119-137
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2017
Although the stall stagnation phenomena have often been experienced in site and also analytically in numerical experiments in surges in systems of compressors and flow paths, the fundamental causes have not been identified yet. In order to clarify the situations, behaviours of infinitesimal disturbance waves superposed on a main flow were studied in a simplified one-dimensional flow model. A ratio of the amplifying rate of the system instability to the characteristic slope of the compressor element was surveyed as the instability enhancement factor. Numerical calculations have shown the following tendency of the factor. In the situation where both the sectional area ratio and the length ratio of the delivery flow-path to the suction duct are sufficiently large, the enhancement factors are greater in magnitude, which means occurrence of ordinary deep surges. However, in the situation where the area ratio and/or the length ratio is relatively smaller, the enhancement factor tends to lessen significantly, which situation tends to suppress deep surges for the same value of the characteristic slope. It could result in the stall stagnation condition. In the domain of area ratio vs. length ratio of the delivery duct to the suction duct, contour-lines of the enhancement factor behave qualitatively similar to those of the stall stagnation boundaries of a fan analytically obtained, suggesting that a certain range of the enhancement factor values could specify the stagnation occurrence. The significant decreases in the factors are observed to accompany appearances of phase lags and travelling waves in the wave motions, which macroscopically suggests breaking down of the complete surge actions of filling and emptying of the air in the delivery duct. The strength of the action is deeply related with acoustic interferences and is evaluated in terms of the volume-modified reduced resonance frequency proposed by the author. These observations have shown the fundamental cause and the sequence of the stall stagnation in principle.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.2
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pp.146-153
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2017
Sediment flow through hydropower components causes hydro-abrasive erosion resulting in loss of efficiency, interruptions in power production and downtime for repair/maintenance. Online instruments are required to measure/capture the variations in sediment parameters along with collecting samples manually to analyse in laboratory for verification. In this paper, various sediment parameters viz. size, concentration (TSS), shape and mineral composition relevant to hydro-abrasive erosion were measured and discussed with respect to a hydropower plant in Himalayan region, India. A multi-frequency acoustic instrument was installed at a desilting chamber to continuously monitor particle size distribution (PSD) and TSS entering the turbine during 27 May to 6 August 2015. The sediment parameters viz. TSS, size distribution, mineral composition and shape entering the turbine were also measured and analysed, using manual samples collected twice daily from hydropower plant, in laboratory with instruments based on laser diffraction, dynamic digital image processing, gravimetric method, conductivity, scanning electron microscope, X-ray diffraction and turbidity. The acoustic instrument was able to capture the variation in TSS; however, significant deviations were found between measured mean sediment sizes compared to values found in the laboratory. A good relation was found for turbidity ($R^2=0.86$) and laser diffraction ($R^2=0.93$) with TSS, which indicated that turbidimeter and laser diffraction instrument can be used for continuous monitoring of TSS at the plant. Total sediment load passed through penstock during study period was estimated to be 15,500 ton. This study shall be useful for researchers and hydropower managers in measuring/monitoring sediment for hydro-abrasive erosion study in hydropower plants.
Alligne, S.;Nicolet, C.;Allenbach, P.;Kawkabani, B.;Simond, J.J.;Avellan, F.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.286-294
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2009
Hydroelectric power plants are known for their ability to cover variations of the consumption in electrical power networks. In order to follow this changing demand, hydraulic machines are subject to off-design operation. In that case, the swirling flow leaving the runner of a Francis turbine may act under given conditions as an excitation source for the whole hydraulic system. In high load operating conditions, vortex rope behaves as an internal energy source which leads to the self excitation of the system. The aim of this paper is to identify the influence of the full load excitation source location with respect to the eigenmodes shapes on the system stability. For this, a new eigenanalysis tool, based on eigenvalues and eigenvectors computation of the nonlinear set of differential equations in SIMSEN, has been developed. First the modal analysis method and linearization of the set of the nonlinear differential equations are fully described. Then, nonlinear hydro-acoustic models of hydraulic components based on electrical equivalent schemes are presented and linearized. Finally, a hydro-acoustic SIMSEN model of a simple hydraulic power plant, is used to apply the modal analysis and to show the influence of the turbine location on system stability. Through this case study, it brings out that modeling of the pipe viscoelastic damping is decisive to find out stability limits and unstable eigenfrequencies.
The noise and vibration sources of rotary compressor for room air-conditioner are pressure pulsation of compression process, cavity resonance of inner space, structural radiation noise of shell and impact noise of discharge valve. Among them, pressure pulsation is very important noise and vibration source. Because it transferred various kinds of noise and vibration like as mentioned above. In this reason, muffler and resonator are used in order to absorb and remove these noises. But an analytical prediction using acoustic analysis does not coincident with the experimental result. The difference between analysis and actual state is due to the assumption of analysis. This paper covered with new concept of muffler design based on the turbulence kinetic energy of flow by using CFD. From this analysis, it is possible to decide the best position of discharge port of muffler. Therefore $2{\sim}3dB$ noise reduction effect is acquired in rotary compressor of 5000 BTU grade. Also new approach of resonator design is suggested. From this study, the characteristics of resonator and surge hole (a kind of resonator without pipe length) are identified. The former is useful for pure tone noise (narrow frequency band), and the latter is effective for broad frequency band. This paper shows that it is very available to use 3 dimensional analysis of resonator in order to predict more exact tuning frequency. The result is proved by a lot of experiments. From combination of fluid analysis and acoustic analysis, up stream position is effective location of resonator concerning turbulence motion of fluid.
The noise sources of a tip-jet driven rotor can be separated by rotor blade noise and jet noise. The rotor blade noise consists of thickness noise, loading noise, nonlinear quadrupole noise, and jet noise is divided into nozzle momentum noise and jet radiation noise. The flow analysis for the prediction of rotor blade noise is performed by CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis, and the noise source of the rotor blade noise is identified by simultaneously applying the permeable and impermeable surface based FW-H (Ffowcs Williams-Hawkings) acoustic analogy. The nozzle momentum noise is obtained by permeable surface FW-H, and jet radiation noise is predicted by using empirical method for the fixed-wing jet. Both of jet noises use nozzle exit condition for noise analysis. The accuracy of the technique is verified based on the noise measurements of the tip-jet driven rotor, and the unique noise characteristics of the tip-jet driven rotor is confirmed by spectrum analysis.
This study aims to show the possibility of approaching artistic design through the Bergsonian concept of musical vitality by grasping the expression of his musical vitality at the Chapel at Ronchamp. For the purpose of this study, the aesthetic significance of Bergson's philosophy of life was first contemplated, and a case study analysis was conducted on the vitality of music as temporality at the Chapel at Ronchamp. On this basis, the examples of his musical vitality as metaphysical reality at the Chapel were analyzed. The results of analysis are as follows: First, the Bergsonian vitality of music as temporality at the Chapel is expressed as a sense of movement-through the acoustic form, the modulor corresponding to the scale of the music, the opposite composition of musical changes, the fluid space of the music, and the light and shadow of counterpoint-as having been intended by Le Corbusier in the very process of design. Second, the vitality of music as Bergson's metaphysical reality at the Chapel at Ronchamp is expressed in the image and rhythm of music created by intuitive reminiscences. The acoustic form, the form created by the modulor, the opposite form of composition, the fluid space and the light and shadow as the melody and image of music present continuous diversity as vital flow in a uniform direction. The vitality of music as aesthetical reality is imitated by the rhythm of the music deriving from repetitive movements sensed here. Consequentry, the Chapel at Ronchamp can be seen as a vital design that expresses Bergson's notion of musical vitality, indicating that an approach toward artistic design can be realized through his musical vitality. This study holds significance as basic research on artistic design with philosophy and music as its origin.
The fracturing by liquid carbon dioxide ($LCO_2$) as a fracking fluid has been an alternative to mitigate the environmental issues often caused by the conventional hydraulic fracking since it facilitates the fluid permeation owing to its low viscosity. This study presents how $LCO_2$ injection influences the breakdown pressure, acoustic emission, and fracture morphology. Three fracturing fluids such as $LCO_2$, water, and oil are injected with different pressurization rate to the synthetic and porous mortar specimens. Also, the shale which has been a major target formation in conventional fracking practices is also tested to examine the failure characteristics. The results show that $LCO_2$ injection induces more tortuous and undulated fractures, and particularly the larger fractures are developed in cases of shale specimen. On the other hand, the relationship between the fracturing fluids and the breakdown pressure shows opposite tendency in the tests of mortar and shale specimens.
The purpose of this study is paper is to improve the flow performance and to reduce the aerodynamic noise of air discharge system consisting of a centrifugal fan, ducts and a housing for the clothes dryer. Using computational fluid dynamics and acoustic analogy based on FW-H (Ffowcs-Williams and Hawkings) Eq., air flow field and acoustic fields of the air discharge system are investigated. To optimize aerodynamic performance and aerodynamic noise, the response surface method is employed. The two factors central composite design using the inflow and outflow angles of fan blades is adopted. The devised optimum design shows the reduction of turbulent kinetic energy in the ducts and the housing of the system, and as a result, the improved flow rate and reduce noise is confirmed. Finally, the experment using the proto-type manufactured usign the optimum design shows the increase of flow rate by 4.2 %.
This numerical study investigates seismicity and fault slip induced by fluid injection in deep geothermal reservoir with pre-existing fractures and fault. Particle Flow Code 2D is used with additionally implemented hydro-mechanical coupled fluid flow algorithm and acoustic emission moment tensor inversion algorithm. The output of the model includes spatio-temporal evolution of induced seismicity (hypocenter locations and magnitudes) and fault deformation (failure and slip) in relation to fluid pressure distribution. The model is applied to a case of fluid injection with constant rates changing in three steps using different fluid characters, i.e. the viscosity, and different injection locations. In fractured reservoir, spatio-temporal distribution of the induced seismicity differs significantly depending on the viscosity of the fracturing fluid. In a fractured reservoir, injection of low viscosity fluid results in larger volume of induced seismicity cloud as the fluid can migrate easily to the reservoir and cause large number and magnitude of induced seismicity in the post-shut-in period. In a faulted reservoir, fault deformation (co-seismic failure and aseismic slip) can occur by a small perturbation of fracturing fluid (<0.1 MPa) can be induced when the injection location is set close to the fault. The presented numerical model technique can practically be used in geothermal industry to predict the induced seismicity pattern and magnitude distribution resulting from hydraulic stimulation of geothermal reservoirs prior to actual injection operation.
Khaled Mohamed Khedher;Shahzad Ali Chattah;Mohammad Amien Khadimallah;Ikram Ahmad;Muzamal Hussain;Rana Muhammad Akram Muntazir;Mohamed Abdelaziz Salem;Ghulam Murtaza;Faisal Al-Thobiani;Muhammad Naeem Mohsin;Abeera Talib;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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v.16
no.6
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pp.565-577
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2024
Vibration investigation of fluid-filled functionally graded cylindrical shells with ring supports is studied here. Shell motion equations are framed first order shell theory due to Sander. These equations are partial differential equations which are usually solved by approximate technique. Robust and efficient techniques are favored to get precise results. Employment of the Rayleigh-Ritz procedure gives birth to the shell frequency equation. Use of acoustic wave equation is done to incorporate the sound pressure produced in a fluid. Hankel's functions of second kind designate the fluid influence. Mathematically the integral form of the Langrange energy functional is converted into a set of three partial differential equations. A cylindrical shell is immersed in a fluid which is a non-viscous one. These shells are stiffened by rings in the tangential direction. For isotropic materials, the physical properties are same everywhere where the laminated and functionally graded materials, they vary from point to point. Here the shell material has been taken as functionally graded material. After these, ring supports are located at various positions along the axial direction round the shell circumferential direction. The influence of the ring supports is investigated at various positions. Effect of ring supports with empty and fluid-filled shell is presented using the Rayleigh - Ritz method with simply supported condition. The frequency behavior is investigated with empty and fluid-filled cylindrical shell with ring supports versus circumferential wave number and axial wave number. Also the variations have been plotted against the locations of ring supports for length-to-radius and height-to-radius ratio. Moreover, frequency pattern is found for the various position of ring supports for empty and fluid-filled cylindrical shell. The frequency first increases and gain maximum value in the midway of the shell length and then lowers down. It is found that due to inducting the fluid term frequency result down than that of empty cylinder. It is also exhibited that the effect of frequencies is investigated by varying the surfaces with stainless steel and nickel as a constituent material. To generate the fundamental natural frequencies and for better accuracy and effectiveness, the computer software MATLAB is used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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