Flemming, Felix;Foust, Jason;Koutnik, Jiri;Fisher, Richard K.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.315-323
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2009
Pressure oscillations triggered by the unstable interaction of dynamic flow features of the hydraulic turbine with the hydraulic plant system - including the electrical design - can at times reach significant levels and could lead to damage of plant components or could reduce component lifetime significantly. Such a problem can arise for overload as well as for part load operation of the turbine. This paper discusses an approach to analyze the overload high pressure oscillation problem using computational fluid dynamic (CFD) modeling of the hydraulic machine combined with a network modeling technique of the hydraulic system. The key factor in this analysis is the determination of the overload vortex rope volume occurring within the turbine under the runner which is acting as an active element in the system. Two different modeling techniques to compute the flow field downstream of the runner will be presented in this paper. As a first approach, single phase flow simulations are used to evaluate the vortex rope volume before moving to more sophisticated modeling which incorporates two phase flow calculations employing cavitation modeling. The influence of these different modeling strategies on the simulated plant behavior will be discussed.
The objective of this study was to investigate the sonophysical and sonochemical effects induced by acoustic cavitation in heterogeneous systemin a 28 kHz double-bath reactor using calorimetry, the aluminiumfoil erosion test, and the luminol test. With no glass beads, calorimetric power in the inner vessel increased as much as the outer sonoreactor lost and total calorimetric power was maintained for various liquid height conditions (0.5 ~ 7 cm) in the vessel. Higher calorimetric energy was obtained at higher liquid height conditions. Similar results were obtained when glass beads were placed with various beads heights (0.5 ~ 2.0 cm) and relatively high calorimetric energy was obtained in spite of large attenuation in the glass beads layer. An aluminium foil placed between the bottom of the inner vessel and the glass beads layer was damaged, indicating significant sonophysical effects. Much less damage was detected when the foil was placed above the beads layer due to large attenuation of ultrasound. Sonochemical effects, visualized by sonochemiluminescence (SCL), also decreased significantly when the beads were placed in the vessel. It was established that the optimization of the liquid height above the solid-material layer could enhance the sonophysical and sonochemical effects in the double-bath sonoreactors.
Kim, Young-Moon;Lim, Byung-Chul;Kim, Min-Tae;Park, Sang-Heup
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.4
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pp.448-453
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2016
Erosion and abrasion caused by cavitation damage occur in fluid equipment, such as ships or impellers. Similarly, the equipment damage from noise and vibration can shorten its life. This study analyzed the importance of the parameter characteristics of the process optimization of HVOF (High Velocity Oxygen Fuel spraying), which is generally used in a variety of industries for enhancing the resistibility from the cavitation phenomenon. The surface of the ALBC3 substrate was coated with an amorphous powder as a filler metal according to the experimental design using the Taguchi method, and then the characteristics with each parameter were analyzed using a porosity measurement test. The optimal process conditions was a combustion pressure of 80psi, coating distance of 270mm, gun speed of 200mm/s, and powder feed rate of 25g/min as a result of the HVOF coating by applying the experimental design. The combustion pressure, coating distance and powder feed rate were more than 25% and indicated a similar contribution rate, but the contribution rate of the gun speed was 19%, which was slightly less than the others. The contribution rate with each parameter was only slightly significant. On the other hand, all four parameters were found to be important in the contribution rate aspects of the HVOF coating process.
The damage zone around a crack tip occurring before the fracture is a significant domain. which affects the toughening mechanism of materials. In this study. the growth process of damage zone in the vicinity of crack tip for rubber-modified epoxy resin is investigated using an acoustic emission(AE) analysis. The weight fractions of rubber(CTBN 1300$\times$B) in rubber-modified epoxy resin are 5 wt% and 15 wt%. The fracture toughness($K_{IC}$) and the fracture energy($G_{IC}$) were measured using 3 point bending single-edge notched specimens. The damage zone and rubber particles distributed around the crack tip were observed by a polarized optical microscope and an atomic force microscope(AFM). The damage zone around crack tip of rubber-modified epoxy resin was formed at 13 % loading and developed until 57 % loading of the fracture load. The crack initiated at 57 % loading grew repeatedly in the stick-slip propagation behavior. Based on time-frequency analysis, it was confirmed that AE signals with frequency bands of 0.15~0.20 MHz and 0.20~0.30 MHz were generated from cavitation and stable/unstable cracking inside the damage zone.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.10
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pp.125-132
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2019
Because the water exposed to shock waves caused by an underwater explosion cannot withstand the appreciable tension induced by the change in both pressure and velocity, the surrounding water is cavitated. This cavitating water changes the transferring circumstance of the shock loading. Three phenomena contribute to hull-plate damage; initial shock loading and its interaction with the hull plate, local cavitation, and local cavitation closure then shock reloading. Because the main concern of this paper is local cavitation due to a near-field underwater explosion, the water surface and the waves reflected from the sea bottom were not considered. A set of governing equations for the structure and the fluid were derived. A simple one-dimensional infinite plate problem was considered to verify this uncoupled solution approach compared with the analytic solution, which is well known in this area of interest. The uncoupled solution approach herein would be useful for obtaining a relatively high level of accuracy despite its simplicity and high computational efficiency compared to the conventional coupled method. This paper will help improve the understanding of fluid-structure interaction phenomena and provide a schematic explanation of the practical problem.
In the case of casting materials or ductile materials for marine equipment, it is common to employ a surface modification for achieving cost reduction and improvement in strength. In particular, aluminium bronze ALBC3 exhibits excellent corrosion resistance, and thus widely used for marine application. However, application of the material under high-velocity seawater flow may induce electrochemical corrosion damage and physical damage such as cavitation erosion, leading to shorter service life of equipment. In this study, surface modification was carried out on ALBC3 alloy for different shot peening stand-off distances, and the physical hardness and electrochemical characteristics before and after modification were investigated. The results in each case showed the hardness increase in comparison with non-peened specimen, and the maximum hardness improvement(50 %) was found in 10 cm of shot-peening stand-off distance. It is observed that the electrochemical characteristics were irrelevant to application of shot peening.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.9
s.180
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pp.2381-2386
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2000
Surface replication is playing an important role in the assessment of creep damage and remaining life of high temperature components. As the replication procedures, however, have not been standardized in domestic industry, its standardization is proposed in this study. For this purpose, the 2.25Cr-IMo steel was heat treated(5 min at 1,300 0C and oil quenched) to produce a simulated HAZ microstructure, and crept in air at 575 0C and under 120 MPa to produce artificial cavities. Then, the effect of surface preparation procedures on the quality of replicas was investigated using this sample. As a result, it was demonstrated that the presence of cavities may be observed readily or missed depending on the surface preparation procedures followed. Therefore it is essential to repeat three polishing/etching cycles at least in order to reveal cavitation damage accurately, even though it may be tedious or time-consuming.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.6
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pp.599-604
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2015
Currently, the coolant system in industrial sites is an efficient process to keep clean cutting oils. However, the damage to a pump occurs due to a chip and debris when inhaled into the pump, and thus problems such as the reduction of both efficiency and lifespan might arise. In this study, a new type of filter was developed in order to primarily prevent the damage from the pump impeller and make it unnecessary to have the replacement and cleaning at the same time. This study found the problem reducing the suction volumetric efficiency and cavitation when inhaled, and conducted a method to solve the problem compared to the result of fluid analysis according to two velocity conditions. As a result, this study achieved the effect of lowering the pressure and meeting the suction flow rate by connecting the four filters.
The conventional control valves have been used at the locations occurring high differential pressure and high temperature which causes cavitation, flashing, severe vibration due to abrupt flow change, and sudden pressure drop. Previous studies concerning control valves focused to prevent damage of valve trim due to the internal leak and low flow rate. The newly designed helical trim of control valve has been installed at the location of high pressure change and high temperature in a power plant, and operated for evaluation. It is confirmed that the new control valve developed in this study generates flow characteristics in comparison with previous helical trim of control valves.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.3
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pp.41-47
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2013
This study was carried out to improve the design of fuel injection nozzle for marine medium speed diesel engine. For this purpose, fuel injection nozzle was modeled and simulated using CATIA V5R19 and FLUENT & MSC Nastran. Analyses of flow and heat transfer, respectively, were performed to find the optimal design of fuel injection nozzle. As the results, big pressure drop, which may lead to cavitation damage, was occurred at inlet of fuel injection hole with diameter 0.3mm. Furthermore, it was confirmed that the increase of mean temperature of fuel injection nozzle was almost a half in comparison with that of fuel injection nozzle tip.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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