Reddya, A. Rami;Umapathy, M.;Ezhilarasib, D.;Uma, G.
Smart Structures and Systems
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v.16
no.4
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pp.623-640
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2015
This paper presents techniques to harvest higher voltage from piezoelectric cantilever energy harvester by structural alteration. Three different energy harvesting structures are considered namely, stepped cantilever beam, stepped cantilever beam with rectangular and trapezoidal cavity. The analytical model of three energy harvesting structures are developed using Euler-Bernoulli beam theory. The thickness, position of the rectangular cavity and the taper angle of the trapezoidal cavity is found to shift the neutral axis away from the surface of the piezoelectric element which in turn increases the generated voltage. The performance of the energy harvesters is evaluated experimentally and is compared with regular piezoelectric cantilever energy harvester. The analytical and experimental investigations reveal that, the proposed energy harvesting structures generate higher output voltage as compared to the regular piezoelectric cantilever energy harvesting structure. This work suggests that through simple structural modifications higher energy can be harvested from the widely reported piezoelectric cantilever energy harvester.
The model cavity scramjet engine experiments are carried out using T3 free-piston shock tunnel. Upstream hydrogen fuel is injected before the cavity with different injection pressure. OH planar laser-induced fluorescence is used to investigate the combustion zone and piezoelectric pressure transducers are used to define the pressure rise due to the combustion. Main combustion region is a mixing layer which is between air and fuel. Also high OH fluorescence signal is appeared in the shear layer above the cavity in high equivalence ratio. From the OH signal in the cavity, this fuel injection system can be a role as a flame-holder.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.5
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pp.1383-1391
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1996
The steady-state response for a coupled structure-acoustic-cavity systme has been investigated by numerical technique using a directly coupled finite element method(FEM) and Boundary Element Method(BEM) model. The Laplace tranformed matrix equations for the structure and the acoustic cavity are coupled directly satisfying the necessary equilibrium and compatibility conditions. The coupled FEM-BEM code is verified by comparing its prediction for an example with known analytical, numerical and experimental results. The example involves a coupled structure-acoustic-cavity system which is a box-type cavity with one end as experimentally excited pinned-pinned plate.
For the purpose of controlling the coupling between the car body panels and passenger compartment, experimental investigation of an acoustic cavity with an air gap is carried out to reveal how the air gap influences the acoustic modal characteristics of the cavity. The acoustic modal characteristics of the cavity is closely related with the booming noise. The experimental results show that a very small air gap can change the acoustic modal characteristics of the cavity and, as a result, the air gap can be an important factor in controlling the booming noise for comfortable and safe passenger compartment.
The model cavity scramjet engine experiments are carried out using T3 free-piston shock tunnel. Upstream hydrogen fuel is injected before the cavity with different injection pressure. OH planar laser-induced fluorescence is used to investigate the combustion zone and piezoelectric pressure transducers are used to define the pressure rise due to the combustion. Main combustion region is a mixing layer which is between air and fuel. Also high OH fluorescence signal is appeared in the shear layer above the cavity in high equivalence ratio. From the OH signal in the cavity, this fuel injection system can be a role as a flame- holder.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.6
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pp.436-449
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2013
In this paper, a numerical analysis is carried out to study the characteristics of supercavitating flows and the drag of relatively simple two-dimensional and axisymmetric bodies which can be used for supercavity generation device, cavitator, of a high-speed underwater vehicle. In order to investigate the suitability of numerical models, cavity flows around the hemispherical head form and two-dimensional wedge are calculated with combinations of three turbulence models(standard $k-{\epsilon}$, realizable $k-{\epsilon}$, Reynolds stress) and two cavitation models(Schnerr-Sauer, Zwart-Gerber-Belamri). From the results, it is confirmed that the calculated cavity flow is more affected by the turbulence model than the cavitation model. For the calculation of steady state cavity flows, the convergence in case of the realizable $k-{\epsilon}$ model is better than the other turbulence models. The numerical result of the Schnerr-Sauer cavitation model is changed less by turbulence model and more robust than the Zwart-Gerber-Belamri model. Thus the realizable $k-{\epsilon}$ turbulence model and the Schnerr-Sauer cavitation model are applied to calculate supercavitating flows around disks, two dimensional $10^{\circ}$ and $30^{\circ}$ wedges. In case of the disk, the cavitation number dependences of the cavity size and the drag coefficient predicted are similar to either experimental data or Reichardt's semi-empirical equations, but the drag coefficient is overestimated about 3% higher than the Reichardt's equation. In case of the wedges, the cavitation number dependences of the cavity size are similar to experimental data and Newman's linear theory, and the agreement of the cavity length predicted and Newman's linear theory becomes better as decreasing cavitation number. However, the drag coefficients of wedges agree more with experimental data than those of Newman's analytic solution. The cavitation number dependences of the drag coefficients of both the disk and the wedge appear linear and simple formula for estimating the drag of supercavitating disks and wedges are suggested. Consequently, the CFD scheme of this study can be applied for numerical analysis of supercavitating flows of the cavitator and the cavitator design.
The stacked microstrip patch antenna is modeled by a simple cavity model. Using this model, the input impedance of the stacked microstrip patch antenna fed by a coaxial probe is expressed as a function of antenna paprameters and frequency. We calculate the input impedance of the stacked microstrip patch antenna for the variation of frequency.
The governing equations are derived for the analysis of a stepped labyrinth gas seal generally used in high performance compressors, gas turbines, and steam turbines. The bulk-flow is assumed for a single cavity control volume set up in a stepped labyrinth cavity and the flow is assumed to be completely turbulent in the circumferential direction. The Moodys wall-friction-factor model is used for the calculation of wall shear stresses in the single cavity control volume. For the reaction force developed by the stepped labyrinth gas seal, linearized zeroth-order and first-order perturbation equations are developed for small motion about a centered position. Integration of the resultant first-order pressure distribution along and around the seal defines the rotordynamic coefficients of the stepped labyrinth gas seal. The resulting leakage and rotordynamic characteristics of the stepped labyrinth gas seal are presented and compared with Scharrers theoretical analysis using Blasius wall-friction-factor model. The present analysis shows a good qualitative agreement of leakage characteristics with Scharrers analysis, but underpredicts by about 20%. For the rotordynamic coefficients, the present analysis generally yields smaller predictied values compared with Scharrers analysis.
This paper looks into the field inside the wide rectangular box structure that is excited by the High Power Electromagnetic(HPEM) source as a potential threat to electric grid and communication networks causing malfunction or destruction. The rectangular box is assumed power/ground planes and its internal field is calculated by the cavity model with the lightning strike excitation as an HPEM pulse. The accuracy of the calculation method employed here is validated through a $156mm{\times}106mm{\times}508{\mu}m$ parallel metallic plate case which is manufactured and tested, and is applied to the size of a building. With the help of the cavity model that takes into account loading, the level of the electric field is shown to decrease when a metal pillar is loaded between the power and ground planes.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.8
no.1
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pp.61-69
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2004
This paper describes numerical efforts to characterize the flame-holding and air-fuel mixing process of model SCRamjet engine combustor, where a hydrogen jet injected into a supersonic cross flow and in a cavity Combustion phenomena in a model SCRamjet engine, which has been experimentally studied at University of Queensland and Australian National University using a free-piston shock tunnel, was observed around separation region of upstream of the normal injector and inside of cavity. The results show that the separation region and cavity generates several recirculation zones, which increase the fuel-air mixing. Self ignition occurs in the separation-freestream and cavity-freestream interface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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