Kim, Seong-Su;Choi, Jong-Woong;Park, No-Suk;Kim, Kwan-Yeop
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.28
no.2
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pp.225-233
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2014
This paper presents a Computational Fluid Dynamics(CFD) based simulation and experimental tracer test of flow pattern and turbulent energy dissipation inside a serpentine flocculation basin with continuous operation. Research focused on the evaluation of a specific flow pattern on the hydraulic behavior on the flocculation basin. From the results of CFD simulation and actual tracer test, both results were in good accordance with each other. Also, each Morill index were calculated as 1.5 from CFD simulation and 1.7 from actual tracer test, respectively. Especially, turbulence energy was dissipated relatively higher in the vicinity of inlet to the flocculation basin than other region. The differences between the CFD simulation and actual tracer test were 1.4 min in $T_{50}$, and 1.3 min in $T_p$, respectively.
We study the progressive full-scale wind tunnel tests on a high solidity vertical axis wind turbine (VAWT) for various tip speeds and pitch angles to understand the VAWT shaft system's dynamics using 0-1 Test for chaos. We identify that while varying rotor speed (tip speed) of the turbine, the system's dynamics change from periodic to chaotic through quasiperiodic and strange non-chaotic (SNA) states. The present study is the first experimental evidence for the existence of these states in the VAWT shaft system to the best of our knowledge. Using the asymptotic growth value Kc in 0-1 test, when the turbine operates at the low tip speeds and high pitch angles for low incoming wind speeds, the system behaves periodic (Kc ≈ 0). However, when the incoming wind speed increases further the system's dynamics shift from periodic to chaotic vibrations through quasi-periodic and SNA. This phenomenon is due to the dynamic stalling of blades which induces chaotic vibration in the VAWT shaft system. Further, the singular continuous spectrum method validates the presence of SNA and differentiates the SNA from chaotic vibrations.
Liquid hydrogen, which operates in cryogenic environments has a density 800 times greater than gaseous hydrogen, making it advantageous for large-scale storage and transportation. However, continuous evaporation due to external heat intrusion and internal heat generation poses challenges. To mitigate heat conduction, various insulation materials are used. In pipe systems, viscous heating effects from turbulence and viscosity, especially in bends, cause heat generation. This study employs computational fluid dynamics (CFD) to analyze the impact of fluid velocity, pressure drop, inner diameter, and curvature radius of pipe bends on viscous heating. Using liquid nitrogen at 77 K as a working fluid, the CFD results showed that increased velocity and pressure drop along with smaller inner diameter and curvature radius enhanced viscous heating, raising fluid temperature.
A three-dimensional model was developed in order to simulate heat and fluid flow of a continuous casting billet. The model was coded with the general-purpose CFD program FIDAP, using the finite element method. The present model consists of 2 individual calculation schemes, named model 1 and model 2. Mold region only was calculated to check the pouring stream through submerged nozzle with model 1. Entire region, which consists of mold, secondary cooling, radiation cooling was calculated to predict crater end position, temperature profile and solid shell profile(model 2). Standard $k-{\bullet}\hat{A}$ turbulence model has been applied to simulate the turbulent flow induced by submerged nozzle. Enthalpy method was adopted for the latent heat of solidification. Fluid flow in mushy zone was treated using variable viscosity approach. The more casting speed and superheat increased, the more metallurgical length increased. The shell thickness at the mold exit is proved to be mainly controlled by superheat by the present simulation. It may be concluded that the present model can be successfully applied far the prediction of heat and fluid flow behavior in the continuous casting process.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.8
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pp.1105-1113
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2003
In the gas wiping process of continuous hot-dip galvanizing, edge overcoating develops near the edge of the steel strip. The overcoating is supposed to occur due to the reduced impact pressure of wiping gas on the strip surface. The purpose of this study is to investigate the effect of edge vortex on the reduced impact pressure. Three-dimensional unsteady flows are simulated using a commercial code, STAR-CD. Standard k-$\varepsilon$ model is used as a turbulence model. It is found that an alternating vortex structure in the vicinity of strip edge is developed by buckling of opposed jet streams and that the reduced amount of impact pressure at strip edge becomes smaller as the air knife gets closer to the strip. The effect of edge baffle on the reduced impact pressure is also investigated.
The present study investigates the effects of rib arrangements and aspect ratios of a rectangular duct simulating the cooling passage of a gas turbine blade. Two different V-shaped rib configurations are tested with the aspect ratios (W/H) of 3 to 6.82. One is the continuous V-shaped rib configuration with $60^{\circ}$ attack angle, and the other is the discrete V-shaped rib configuration with $45^{\circ}$ attack angle. The square ribs with the pitch to height ratio of 10.0 are installed on the test section in a parallel arrangement for both rib configurations. Reynolds numbers based on the hydraulic diameter are changed from 10,000 to 30,000. A naphthalene sublimation method is used to measure local heat/mass transfer coefficients. For the continuous V-shaped rib configuration, two pairs of counter-rotating vortices are generated in a duct, and high transfer region is formed at the center of the ribbed walls of the duct. However, for the discrete V-shaped rib configuration with $45^{\circ}$ attack angle, complex secondary flow patterns are generated in the duct due to its geometric feature, and more uniform heat/mass transfer distributions are obtained for all tested cases
Jet Loop Reactor(JLR), in which a two-phase nozzle is installed, is the new design technique for the treatment of high concentration wastewater by accelerating of oxygen contacting between substrate and surrounding bacteria. This numerical study of the two phase jet flow was conducted to find the optimum design of JLR. It was shown that there was a minimum velocity in the nozzle for continuous circulation of wastewater. The optimum location and the size of the draft tube for continuous circulation were examined. It was certain that the smaller the air size is, the more the effect of the mixing increases. The relation between the mixing effect and the turbulence was confirmed.
The aerodynamic effects of leading-edge accretion can raise important safety concerns since the formulation of ice causes severe degradation in aerodynamic performance as compared with the clean airfoil. The objective of this study is to develop a numerical simulation strategy for predicting the particle trajectory around an MS-0317 airfoil in the test section of the NASA Glenn Icing Research Tunnel and to investigate the impingement characteristics of droplets on the airfoil surface. In particular, predictions of the mean velocity and turbulence diffusion using turbulent flow solver and Continuous Random Walk method were desired throughout this flow domain in order to investigate droplet dispersion. The collection efficiency distributions over the airfoil surface in simulations with different numbers of droplets, various integration time-steps and particle sizes were compared with experimental data. The large droplet impingement data indicated the trends in impingement characteristics with respect to particle size ; the maximum collection efficiency located at the upper surface near the leading edge, and the maximum value and total collection efficiency were increased as the particle size was increased. The extent of the area impinged on by particles also increased with the increment of the particle size, which is similar as compared with experimental data.
The characteristics of flow in dividing regions are precise, therefore their classification is very important not only in industry but also in hydrodynamics. By now, many studies of flow in dividing regions have been performed, but flow characteristics that use visualization in dividing regions have not been studied. The present study of the PIV and the CFD exhibit average velocity distributions, kinetic energy distributions and total pressure distributions etc of the total flow field due to the development of the accurate visualization optical laser and of optical equipment. Also, PIV is accurate with the flows characteristics of the dividing region as continuous analysis is done using input equipment. The study analyzes average velocity vector field, average kinetic energy, x-axis stress distributions, average and total pressure distributions of dividing regions with flow for visualization of the PIV and the CFD measurement in a dividing rectangular duct.
The thermohydrodynamic(THD) performance of a large tilting pad journal bearing in laminar and turbulent flow regions is investigated experimentally. The continuous shaft surface temperature, and bearing surface temperature are measured along with the shaft speed and the bearing load for various flow rates. It is observed that the shaft surface temperature is constant in the circumferential direction and increases with the increase of shaft speed in both low and high shaft speed region, however, there exist transition region where the shaft surface temperature decreases with the increase of shaft speed. When the turbulence occurs in the lubricant film, both the inlet and maximum bearing surface temperature steeply increase and the temperature gradient in the circumferential direction decreases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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