Fluid flow through rock fractures has been quantified using equations such as Stokes equations, Reynolds equation (or local cubic law), cubic law, etc. derived from the Navier-Stokes equations under the assumption that linear flow prevails. Therefore, these simplified equations are limited to linear flow regime, and cause errors in nonlinear flow regime. In this study, causal mechanism of nonlinear flow and critical Reynolds number were presented by carrying out fluid flow modeling with both the Navier-Stokes equations and the Stokes equations for a three-dimensional rough-walled rock fracture. This study showed that flow regimes changed from linear to nonlinear at the Reynolds number greater than 10. This is because the inertial forces, proportional to the square of the fluid velocity, increased enough to overwhelm the viscous forces. This tendency was also shown for the unmated (slightly sheared) rock fracture. It was found that nonlinear flow was caused by the rapid increase in the inertial forces with increasing fluid velocity, not by the growing eddies that have been ascribed to nonlinear flow.
Using a CFD (computational fluid dynamics) simulation tool, we have offered a design guideline of a slot-die head having a simple T-shaped cavity through an analysis of the fluid dynamics in terms of cavity pressure and outlet velocity, which affect the uniformity of coated thin films. We have visualized the fluid flow with a transparent slot-die head where poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) is injected. We have shown that the fluid dynamics inside the slot-die head depends sensitively on the cavity depth, cavity length, land length, and channel gap (i.e., shim thickness). Of those, the channel gap is the most critical parameter that determines the uniformity of the pressure and velocity distributions. A pressure drop inside the cavity is shown to be reduced with decreasing shim thickness. To quantify it, we have also calculated the coefficient of variation (CV). In accordance with Hagen-Poiseuille's laws and electron-hydraulic analogy, the CV value is decreased with increasing cavity depth, cavity length, and land length.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.174-179
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2004
The paper deals with gravitational effect on dynamic stability of a cantilevered pipe conveying fluid. The eigenvalue branches and modes associated with flutter of cantilevered pipes conveying fluid are fully investigated. Governing equations of motion are derived by extended Hamilton's principle, and the solutions are sought by Galerkin's method. Root locus diagrams are plotted for different values of mass ratio of the pipe, and the order of branch in root locus diagrams is defined. The flutter modes of the pipe at the critical flow velocities are drawn at every one of the twelfth period. The transference of flutter-type instability from one eigenvalue branches to another is investigated thoroughly.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.10
no.3
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pp.79-86
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2011
The dynamic instability and natural frequency of elastically restrained pipe conveying fluid with the attached mass and crack are investigated. The pipe system with a crack is modeled by using extended Hamilton's Principle with consideration of bending energy. The crack on the pipe system is represented by a local flexibility matrix and two undamaged beam segments are connected. In this paper, the influence of attached mass, its position and crack on the dynamic stability of a elastically restrained pipe system is presented. Also, the critical flow velocity for the flutter and divergence due to the variation in the position and stiffness of supported spring is studied. Finally, the critical flow velocities and stability maps of the pipe conveying fluid with the attached mass are obtained by the changing parameters.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.273-277
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2004
This paper deals with the dynamic stability and vibration of a non-uniform cantilevered pipe conveying fluid. The present model consists of two segments with different cross-sections. Governing equations of motion are derived by extended Hamilton's principle, and the numerical scheme using finite element method is applied to obtain the discretized equations. The critical flow velocities and stability maps of the pipe are obtained by changing step ratios, mass ratios and internal damping parameters of the pipe. Finally, the vibrational modes associated with flutter are shown graphically.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.4
s.181
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pp.67-74
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2006
The paper presents gravitational effect on eigenvalue branches and flutter modes of a vertical cantilevered pipe conveying fluid. The eigenvalue branches and modes associated with flutter of cantilevered pipes conveying fluid are fully investigated. Governing equations of motion are derived by extended Hamilton's principle, and the related numerical solutions are sought by Galerkin's method. Root locus diagrams are plotted for different values of mass ratios of the pipe, and the order of branch in root locus diagrams is defined. The flutter modes of the pipe at the critical flow velocities are drawn at every one of the twelfth period. The transference of flutter-type instability from one eigenvalue branches to another is investigated thoroughly.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.10
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pp.1041-1047
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2004
This paper deals with the dynamic stability and vibration of a discontinuous cantilevered Pipe conveying fluid. The present model consists of two segments with different cross-sections. Governing equations of motion are derived by extended Hamilton's principle, and the numerical scheme using finite element method is applied to obtain the discretized equations. The critical flow velocities and stability maps of the pipe are obtained by changing ratios of second area moment of inertia and mass ratios. Finally, the vibrational modes associated with flutter are shown graphically.
Zheng, Chuanzhang;Yan, Gongxing;Khadimallah, Mohamed Amiine;Nouri, Alireza Zamani;Behshad, Amir
Advances in concrete construction
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v.13
no.5
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pp.361-365
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2022
The objective of this study is to simulate the two-phase flow in pipes with various two-fluid models and determinate the shear stress. A hyperbolic shear deformation theory is used for modelling of the pipe. Two-fluid models are solved by using the conservative shock capturing method. Energy relations are used for deriving the motion equations. When the initial conditions of problem satisfied the Kelvin Helmholtz instability conditions, the free-pressure two-fluid model could accurately predict discontinuities in the solution field. A numerical solution is applied for computing the shear stress. The two-pressure two-fluid model produces more numerical diffusion compared to the free-pressure two-fluid and single-pressure two-fluid models. Results show that with increasing the two-phase percent, the shear stress is reduced.
Multiple studies conducted in the past evaluated the conductor response under one tornado wind field, while the performance of transmission lines under different tornado wind fields still remains unknown. Thus, the objective of this paper is to estimate the variation in the conductor's critical longitudinal and transverse reactions under different tornado wind fields, as well as providing the corresponding critical tornado configurations. The considered full-scale tornadoes are the Spencer, South Dakota, 1998, the Stockton, Kansas, 2005 and the Goshen County, Wyoming, 2009. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations were previously conducted to develop these wind fields. All tornadoes have been rescaled to have a common velocity matching the upper limit of the F2 Fujita scale. Eight conductor systems, each including six spans, are considered in this paper. For each conductor, parametric studies are conducted by varying the location of the three tornado wind fields relative to the tower of interest, therefore the peak reactions associated with each tornado are determined. A semi-analytical closed-form solution, previously developed and validated, is used to calculate the reactions. The study conducted in this paper can be divided into two parts: In the first part, a parametric study considering a wide range of tornado locations is conducted. In the second part, the parametric study focuses on the tornado location leading to the critical tangential velocity on the tower. Based on this extensive parametric study, a critical tornado defined as the Design Tornado and its critical locations, tornado distance R = 125 m, tornado angle 𝜃 = 15° and 30°, are recommended for design purposes.
Imha Reservoir is connected to Andong Reservoir via a diversion tunnel allowing water to pass between. The diversion tunnel is equipped with screens to exclude exotic largemouth bass due to their predatory impacts on prey assemblages resulting in a degradation of species richness of local fish fauna and extinction of local fish populations in Korea. Flow pattern changes resulting from the fish screens and trash racks were investigated using a computational fluid dynamics (CFD) model. Numerical simulations showed that the decrease in the discharge capacity of the tunnel is approximately 8.6% and the headloss coefficient for fish screen at Andong intake tower was determined to be 1.5. In order not to allow the small fishes enough to pass through the wire openings enter into Imha Reservoir through tunnel, the velocity in the tunnel should be greater than 1.48 m/s which is a critical ascending velocity of the bass. This study suggests that it can keep the velocity higher enough to exclude largemouth bass when a gate opens with the condition of 1.0m difference in water stage between two reservoirs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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