International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권3호
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pp.265-276
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2016
Energy systems working coherently in different conditions may not have a specific design which can provide optimal performance. A system working for a longer period at lower efficiency implies higher energy consumption. In this effort, a methodology demonstrated by a jet pump design and optimization via numerical modeling for fluid dynamics and implementation of an evolutionary algorithm for the optimization shows a reduction in computational costs. The jet pump inherently has a low efficiency because of improper mixing of primary and secondary fluids, and multiple momentum and energy transfer phenomena associated with it. The high fidelity solutions were obtained through a validated numerical model to construct an approximate function through surrogate analysis. Pareto-optimal solutions for two objective functions, i.e., secondary fluid pressure head and primary fluid pressure-drop, were generated through a multi-objective genetic algorithm. For the jet pump geometry, a design space of several design variables was discretized using the Latin hypercube sampling method for the optimization. The performance analysis of the surrogate models shows that the combined surrogates perform better than a single surrogate and the optimized jet pump shows a higher performance. The approach can be implemented in other energy systems to find a better design.
In the SG (steam generator) of PWR (pressurized water reactor) for a nuclear plant, hundreds of U-shaped tubes are used for the heat exchanger system. They interact with primary pressurized cooling water flow, generating flow-induced vibration in the secondary flow region. A simplified U-tube model is proposed in this study to apply for experiment and its counterpart computation. Using the commercial code, ANSYS-CFX, we first verified the Moody chart, comparing the straight pipe theory with the results derived from CFD (computational fluid dynamics) analysis. Considering the virtual mass of fluid, we computed the major modes with the low natural frequencies through the comparison with impact hammer test, and then investigated the effect of pump flow in the frequency domain using FFT (fast Fourier transform) analysis of the experimental data. Using two-way fluid-structure interaction module in the CFD code, we studied the influence on mean flow rate to generate the displacement data. A feasible CFD method has been setup in this research that could be applied potentially in the field of nuclear thermal-hydraulics.
현재 국내에서 수소 관련 연구에 대한 관심이 매우 크나 수소원으로 사용하는 디젤 등 연료 내 존재하는 황 화합물을 제거하는 흡착 시스템 개발 관련 연구는 매우 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 수치해석을 통해 연료전지용 디젤 흡착 탈황반응기에 대한 기초 디자인 연구를 수행하였다. 유량에 따른 반응기 내부의 유동 변화와 출구에서의 황 화합물의 농도를 반응기의 지름 및 길이를 변화시켜가며 해석하여, 출구에서의 황 화합물의 기준 농도 (1 ppm)를 맞추기 위한 탈황 촉매의 성능을 예측하였으며 반응기의 길이 증가가 지름 증가보다 효율적임을 확인하였다. 또한, 충전된 탈황 촉매의 투과율에 따른 내부 유동 및 농도 변화를 살펴보았다. 본 연구 결과는 선박 연료전지용 디젤의 흡착 탈황 반응기 디자인 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다. 또한, 연료전지뿐 아니라 일반적으로 정유사에서 생산되는 디젤유의 황 함유량을 감소시키는 저황 시스템 디자인에 활용할 수 있으며 이러한 의미에서 석유화학 산업의 청정화 기술 확보에 이바지할 것으로 기대된다.
In this study, in order to examine the applicability of computational fluid dynamics with the porous model to the analysis of APR+ (Advanced Power Reactor Plus) internal flow, simulation was conducted with the commercial multi-purpose computational fluid dynamics software, ANSYS CFX V.14. In addition, among the various reactor internals, the effect of flow skirt geometry on reactor internal flow was investigated. It was concluded that the porous model for some reactor internal structures could adequately predict the hydraulic characteristics inside the reactor in a qualitative manner. If sufficient computation resource is available, the predicted core inlet flow distribution is expected to be more accurate, by considering the real geometry of the internal structures, especially located in the upstream of the core inlet. Finally, depending on the shape of the flow skirt, the flow distribution was somewhat different locally. The standard deviation of the mass flow rate (${\sigma}$) for the original shape of flow skirt was smaller, than that for the modified shape of flow skirt. This means that the original shape of the flow skirt may give a more uniform distribution of mass flow rate at the core inlet plane, which may be more desirable for the core cooling.
This paper presents a numerical study on the design of composite head geometry used for compound processing machine. In order to achieve an optimum composite head geometry and to explain the interactions between the different geometric configurations, three dimensional computational fluid dynamics and design of experiment methods have been applied. From the 2k factorial design results, the most important design variable was found and the performance of the composite head was improved compared to the reference model.
In this study, nonlinear flow-induced vibration(flutter) analyses of a 2-DOF launch vehicle airfoil have been conducted in supersonic and hypersonic flow regimes. Advanced aeroelastic analysis system based on computational fluid dynamics and computational structural dynamics is successfully developed and applied to the present analyses. Nonlinear unsteady aerodynamic analyses considering strong shock wave motions are conducted using inviscid Euler equations. Aeroelastic governing equations for the 2-DOF airfoil system is solved by the coupled integration method with interactive CFD and CSD computation procedures. Typical wedge type airfoil shapes with initial angle-of-attacks are considered to investigate the nonlinear flutter characteristics in supersonic(15). Also, the comparison of detailed aeroelastic responses are practically presented as numerical results.
In this study, aerodynamic analyses have been conducted for 4-Bladed Vertical-Axis Wind Turbine (VAWT) configuration and the results are compared with experimental data. Reynolds-averaged Navier-Stokes equation with LES turbulence model is solved for unsteady flow problems. In addition, the computation results by standard k-${\omega}$ and SST k-${\omega}$ turbulence models are also presented and compared. An experiment model of 4-Bladed VAWT model has been designed and constructed herein. Experimental tests for aerodynamic performance of the present VAWT model are practically conducted using the vehicle mounted testing system. Comparison results between the experiment and the computational fluid dynamics (CFD) analyses are presented in order to show the accuracy of CFD analyses using the different turbulent models.
A CFD(Computational Fluid Dynamics) analysis is presented to predict hydrodynamic characteristics of a marine propeller. A commercial RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes equation) solver, namely FLUENT, is utilized in conjunction with fully unstructured meshes around rotating propeller. Mesh generation process is greatly accelerated by using fully unstructured meshes composed of both isotropic and anisotropic tetrahedral elements. The anisotropic tetrahedral elements were used in the flow domain near the blade and shaft, where the viscous effect is important, having complex shape yet resolving the thin boundary layers. For other regions, isotropic tetrahedral elements are utilized. Two different approaches simulating rotational effect of the propeller are employed, namely Moving reference frame technique for steady simulation, and Sliding mesh technique for unsteady simulation. Both approaches are applied to the propeller open water (POW) test simulation. The current results, which are thrust and torque coefficients, are compared with available experimental data.
The moisture content of many inorganic sludges is less than 70% during dewatering. Hence, a mono or piston pump cannot feed the sludge dryer. Thus, most inorganic sludge should be moved to a landfill or recycled directly without any reduction method. This development was invented to apply cyclone dryers using air and specially designed for the continuous injection of sludge sources by negative pressure and high air velocity for low moisture inorganic matter. Therefore, wastewater sludge and raw water treatment sludge discharged from various industrial fields might be settled by this development. The cyclone dryer was commercialized useful as moisture reduction equipment. This development was applied using a sludge injection system for sludge feeding and under the cooperation of ejector design computational fluid dynamics. Furthermore, this paper presented good ejector model results, blowing an airflow of 264 m3/min at an actual performance test.
During the ship hull design process, resistance performance estimation is generally calculated by simulation using computational fluid dynamics. Since such hull resistance performance simulation requires a lot of time and computation resources, the time taken for simulation is reduced by CPU clusters having more than tens of cores in order to complete the hull design within the required deadline of the ship owner. In this paper, we propose a method for estimating resistance performance of ship hull by simulation using a graph neural network. This method converts the 3D geometric information of the hull mesh and the physical quantity of the surface into a mathematical graph, and is implemented as a deep learning model that predicts the future simulation state from the input state. The method proposed in the resistance performance experiment of simple hull showed an average error of about 3.5 % throughout the simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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