Cruz Y. Li;Xisheng Lin;Gang Hu;Lei Zhou;Tim K.T. Tse;Yunfei Fu
Wind and Structures
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v.37
no.3
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pp.191-209
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2023
This work investigates the subcritical free-shear prism wake at Re=22,000 by the Koopman analysis using the Dynamic Mode Decomposition (DMD) algorithm. The Koopman model linearized nonlinearities in the stochastic, homogeneous anisotropic turbulent wake, generating temporally orthogonal eigen tuples that carry meaningful, coherent structures. Phenomenological analysis of dominant modes revealed their physical interpretations: Mode 1 renders the mean-field dynamics, Modes 2 describes the roll-up of the Strouhal vortex, Mode 3 describes the Bloor-Gerrard vortex resulting from the Kelvin-Helmholtz instability inside shear layers, its superposition onto the Strouhal vortex, and the concurrent flow entrainment, Modes 6 and 10 describe the low-frequency shedding of turbulent separation bubbles (TSBs) and turbulence production, respectively, which contribute to the beating phenomenon in the lift time history and the flapping motion of shear layers, Modes 4, 5, 7, 8, and 9 are the relatively trivial harmonic excitations. This work demonstrates the Koopman analysis' ability to provide insights into free-shear flows. Its success in subcritical turbulence also serves as an excellent reference for applications in other nonlinear, stochastic systems.
Turbulent mixing in buoyant flows is an essential mechanism involved in many scenarios related to nuclear safety in nuclear power plants. Comprehensive understanding and accurate predictions of turbulent buoyant flows in the reactor are of crucial importance, due to the function of mitigating the potential detrimental consequences during postulated accidents. The present study uses URANS methodology to investigate the buoyancy-influenced flows in the reactor pressure vessel under the main steam line break accident scenarios. With a particular focus on the influence of turbulent heat flux closure models, various combinations of two turbulence models and three turbulent heat flux models are utilized for the numerical simulations of three ROCOM tests which have different characteristic features in terms of the flow rate and fluid density difference between loops. The simulation results are compared with experimental measurements of the so-called mixing scalar in the downcomer and at the core inlet. The study shows that the anisotropic turbulent heat flux models are able to improve the accuracy of the predictions under conditions of strong buoyancy whilst in the weak buoyancy case, a major role is played by the selected turbulence models with essentially a negligible influence of the turbulent heat flux closure models.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.1
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pp.42-53
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2008
The two dimensional PIV (particle image velocimetry) measurement technique is applied to water flow in a narrow cavitation tunnel. The nearly homogeneous and isotropic turbulent flows are generated by the honeycomb installed in the tunnel and visualized with a PIV technique. The velocities in the measurement plane at the tunnel centerline 184cm downward from the honeycomb were measured and calculated by an image correlation technique. The turbulent properties are evaluated and each term in the turbulent kinetic energy equation is calculated for the conditions with different internal pressures. Lowering the internal pressure gives an effect on the turbulent flow due to growing bubbles which are resolved in the water. The turbulent kinetic energy in the measurement plane is decayed much slower than those of other research results carried out with wind tunnels. With decreasing the tunnel internal pressures the turbulent intensities are increased about 1.5 times and the anisotropic tendency is also increased.
In this paper a numerical model and two analytical models in the hydraulically connected stream-aquifer system were analyzed to compare the induced infiltration rate curves derived from each model. And we also examined the effects of anisotropy of hydraulic conductivity and the direction of the ambient ground water flow on the quantification of the induced infiltration rate. The induced infiltration rate curve determined by models is very simple and useful for estimating the induced infiltration rate since it contains only four physical variables such as the induced infiltration rate, the pumping rate, the distance between the pumping well and the stream, and the ambient ground water flow rate. Under the conditions tested in this paper the induced infiltration rate curves resulted from the Wilson's analytical model and FEWA numerical model were in good agreement, and the anisotropic ratio of hydraulic conductivity was evaluated as a physical factor which influences the behaviour of the induced infiltration rate curve. The methods and results of the paper might Icad to improve the understanding of the induced infiltration phenomenon and can be applied to the planning and disign of pumping well and the optimal determination of the induced infiltration rate and pumping rate for water quality management of the water supply wells.
Groundwater flow in fractured rock masses is controlled by combined effects of fracture networks, state of geostafic stresses and crossflow between fractures and rock matrix. Furthermore the scaie dependent, anisotropic properties of hydraulic parameters results mainly from irregular paftems of fracture system, which can not be evaluated properly with the methods available at present. The basic assumpfion of discrete fracture network model is that groundwater flows only along discrete fractures and the flow paths in rock mass are determined by geometric paftems of interconnected fractures. The characteristics of fracture distribution in space and fracture hydraulic parameters are represented as the probability density functions by stochastic simulation. The discrete fracture network modelling was aftempted to characterize the groundwater flow in the vicinity of existing large cavems located in Wonjeong-ri, Poseung-myon, Pyeungtaek-kun. The fracture data of $1\textrm{km}^2$ area were analysed. The result indicates that the fracture sets evaluated from an equal area projection can be grouped into 6 sets and the fracture sizes are distributed in longnormal. The conductive fracture density of set 1 shows the highest density of 0.37. The groundwater inflow into a carvem was calculated as 29ton/day with the fracture transmissivity of $10^{-8}\textrm{m}^2/s$. When the fracture transmissivity increases in an order, the inflow amount estimated increases dramatically as much as fold, i.e 651 ton/day. One of the great advantages of this model is a forward modelling which can provide a thinking tool for site characterization and allow to handle the quantitative data as well as qualitative data.
Wave-induced response, liquefaction and stability of unsaturated seabed are studied. The unsaturated seabed is modeled as a fluid-filled polo-elastic medium. The coupled process of fluid flow and the deformation of soil skeleton is formulated in the framework of Biot's theory. The resulting governing equations are solved using a semi-analytical method to evaluate the stresses and pore water pressure of unsaturated and multi-layered seabed. The semi-analytical method can be applied to calculate a pore pressure and the stresses of in anisotropic inhomogeneous seabed. The results indicate that the degree of saturation influences mostly on the magnitudes of a pore pressure and the stresses of unsaturated and multi-layed seabed. Based on the pore pressure and stresses in seabed, the analysis on the possibilities of liquefaction and shear failure was performed. The results show that the maximum depth of shear failure occurrence is deeper than the maximum liquefaction depth.
Kim, Tae-Guk;Min, Dong-Ho;Han, Gyu-Ik;Son, Bong-Se;Seo, Seok-Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.2
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pp.235-251
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1997
A numerical simulation on the combined natural convection and radiation is carried out in a partially open rectangular enclosure with a heater by using the finite volume and the S-8 discrete ordinate methods. The fluid inside the enclosure is considered as an absorbing, emitting and anisotropic scattering media. The heater causes a natural circulation of the fluid (10$^{5}$$^{9}$ ) which results in significant in-flow of the ambient cold fluid through the partially open wall. Comparing the results of pure convection with those of the combined convection- radiation, the combined heat transfer results with small Planck numbers (P$_{l}$ <1.0) show much stronger circulation than those of the pure convection, and the fluid circulation is more evident for larger Rayleigh numbers. When one of three radiative properties - the medium absorption coefficient, the wall reflectivity, and the scattering albedo - increases, the fluid circulation and the heat transfer in the enclosure are reduced. The location of the heater and the open ratio of the right wall are also shown to affect the fluid circulation and heat transfer significantly. However, the anisotropy of the scattering phase function is shown to be unimportant for the fluid circulation and heat transfer within the enclosure considered in this study.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.3
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pp.380-388
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2016
Commercially pure titanium (CP Ti) has been actively used in plate heat exchangers due to its light weight, high specific strength, and excellent corrosion resistance. However, compared with automotive steels and aluminum alloys, there has not been much research on the plastic deformation characteristics and press formability of CP Ti sheet. In this study, the mechanical properties of CP Ti sheet are clarified in relation to press formability, including anisotropic properties and the stress-strain relation. The flow curve of the true stress-true strain relation is fitted well by the Kim-Tuan hardening equation rather than the Voce and Swift models. The forming limit curve (FLC) of CP Ti sheet was experimentally evaluated as a criterion for press formability by punch stretching tests. Analytical predictions were also made via Hora's modified maximum force criterion. The predicted FLC with the Kim-Tuan hardening model and an appropriate yield function shows good correlation with the experimental results of the punch stretching test.
The reaction of methyl radical with iodine molecule on an attractive potential energy surface is studied by classical trajectory procedures. The reaction occurs over a wide range of impact parameters with the majority of reactive events occurring in the backward rebound region on a subpicosecond scale. A small fraction of reactive events take place in the forward hemisphere on a longer time scale. The ensemble average of reaction times is 0.36 ps. The occurrence of reactive events is strongly favored when the incident radical and the target molecule align in the neighborhood of collinear geometry. Since the rotational velocity of I2 is slow, the preferential occurrence of reactive events at the collinear configuration of $CH_3{\ldots}I{\ldots}$I leads to the reaction exhibiting an anisotropic dependence on the orientation of $I_2$. During the collision, there is a rapid flow of energy from the $H_3C{\ldots}$I interaction to the I-I bond. The $CH_3I$ translation and $H_3C$-I vibration share nearly all the energy released in the reaction, and the distribution of the vibrational energy is statistical. The reaction probability is $\cong$0.4 at the $CH_3$ and I2 temperatures maintained at 1000 K and 300 K, respectively. The probability is weakly dependent on the $CH_3\;and\;I_2$ temperatures between 300 K and 1500 K.
In the paper, we investigated silicon surface microstructures formed by reactive ion etching in hollow cathode system. Wet anisotropic chemical etching technique use to form random pyramidal structure on <100> silicon wafers usually is not effective in texturing of low-cost multicrystalline silicon wafers because of random orientation nature, but High density hollow cathode plasma system illustrates high deposition rate, better film crystal structure, improved etching characteristics. The etched silicon surface is covered by columnar microstructures with diameters form 50 to 100nm and depth of about 500nm. We used $SF_{6}$ and $O_{2}$ gases in HCP dry etch process. This paper demonstrates very high plasma density of $2{\times}10^{12}$$cm^{-3}$ at a discharge current of 20 mA. Silicon etch rate of 1.3 ${\mu}s/min$. was achieved with $SF_{6}/O_{2}$ plasma conditions of total gas pressure=50 mTorr, gas flow rate=40 sccm, and rf power=200 W. Our experimental results can be used in various display systems such as thin film growth and etching for TFT-LCDs, emitter tip formations for FEDs, and bright plasma discharge for PDP applications. In this paper we directed our study to the silicon etching properties such as high etching rate, large area uniformity, low power with the high density plasma.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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