The present study numerically investigate detailed flame structure of the Syngas diffusion flames. In order to realistically represent the turbulence-chemistry interaction and the spatial inhomogeneity of scalar dissipation rate, the Eulerian Particle Flamelet Model(EPFM) with multiple flamelets has been applied to simulate the combustion processes and NOx formation in the syngas turbulent nonpremixed flames. And level-set approach is also utilized to account for the partially premixing effect at fuel and oxidizer injector in KEPRI nonpremixed combustor. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the precise structure and NOx formation characteristics of the turbulent syngas nonpremixed flames.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2007.04a
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pp.238-241
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2007
We present an innovative method of multi-physics application involving energetic materials. Energetic materials are related to reacting flows in extreme environments such as fires and explosions. They typically involve high pressure, hish temperature, strong non-linear shock waves, and high strain rate deformation of metals. We use an Eulerian methodology to address these problems. Our approach is naturally free from large deformation of materials that makes it suitable for high strain-rate multi-material interaction problems. Furthermore we eliminate the possible interface smearing by using the level sets. We have devised a new level set based tracking framework that can elegantly handle large gradients typically found in reacting gases and metals. We show several work-in-progress applications of our algorithm including the Taylor impact test, explosive venting and additional confined explosion problems of modem interest.
The control of particle concentration distribution in a pipe with an orifice and a sheath air is numerically investigated. When using Eulerian approach, there is no great change in the concentration distribution by the shape of orifice and molecular diffusivity. As the Reynolds number becomes small, the effect of orifice on the concentration distribution is decreased. For small Reynolds number, the concentration distribution can be effectively controlled by using a sheath air. The effect of the sheath air on the concentration distribution is increased, as the Reynolds number becomes small.
In the shape design of flexible structures, it is useful to predict the initial shape from the desirable large deformed shapes under some loading conditions. In this paper, we present a numerical procedure of an initial shape determination problem for hyperelastic materials which enables us to calculate an initial shape corresponding to the prescribed deformed shape and boundary condition. The present procedure is based on an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) finite element method for hyperelasticity, in which arbitrary change of shapes in both the initial and deformed states can be treated by considering the variation of geometric mappings in the equilibrium equation. Then the determination problem of the initial shape can be formulated as a nonlinear problem to solve the unknown initial shape for the specified deformed shape that satisfies the equilibrium equation. The present approach can be implemented easily to the finite element method by employing the isoparametric hypothesis. Some basic numerical results are also given to characterize the present procedure.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.311-319
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2008
We present an innovative method of multi physics application involving energetic materials. Energetic materials are related to reacting flows in extreme environments such as fires and explosions. They typically involve high pressure, high temperature, strong shock waves and high strain rate deformation of metals. We use an Eulerian methodology to address these problems. Our approach is naturally free from large deformation of materials that make it suitable for high strain rate multi-material interacting problems. Furthermore we eliminate the possible interface smearing by using the level sets. We heave devised a new level set based tracking framework that can elegantly handle large gradients typically found in reacting gases and metals. We show several work-in-progress application of our integrated framework.
A hypothetical core destructive accident (HCDA) has received widespread attention as one of the most serious accidents in sodium-cooled fast reactors. This study combined recent advantages in numerical methods to realize realistic modeling of the complex fluid-structure interactions during HCDAs in a full-scale sodium-cooled fast reactor. The multi-material arbitrary Lagrangian-Eulerian method is used to describe the fluid-structure interactions inside the container. Both the structural deformations and plug rises occurring during HCDAs are evaluated. Two levels of expansion energy are considered with two different reactor models. The simulation results show that the container remains intact during an accident with small deformations. The plug on the top of the container rises to an acceptable level after the sealing between the it and its support is destroyed. The methodology established in this study provides a reliable approach for evaluating the safety feature of a container design.
Andrea Allio ;Antonio Buffo ;Daniele Marchisio;Laura Savoldi
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.3
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pp.1152-1166
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2023
The bubbly flow of air or steam in subcooled water are investigated here in several test cases, characterized by different pipe sizes, bubble dimensions and flow rates, by means of CFD using a Eulerian-Eulerian approach. The performance of models that differ for the turbulence closure in the continuous phase, as well as for the description of the lift force on the dispersed phase, are compared in detail. When air is considered, the space of the experimental parameters leading to a reasonable performance for the selected models are identified and discussed, while the issues left in the modelling of the concurrent condensation are highlighted for the cases where steam is used.
This paper presents a hybrid numerical approach, which combines a two-phase Navier-Stokes model (NS) and the fully nonlinear potential theory (FNPT), for modelling wave-structure interaction. The former governs the computational domain near the structure, where the viscous and turbulent effects are significant, and is solved by OpenFOAM/InterDyMFoam which utilising the finite volume method (FVM) with a Volume of Fluid (VOF) for the phase identification. The latter covers the rest of the domain, where the fluid may be considered as incompressible, inviscid and irrotational, and solved by using the Quasi Arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element method (QALE-FEM). These two models are weakly coupled using a zonal (spatially hierarchical) approach. Considering the inconsistence of the solutions at the boundaries between two different sub-domains governed by two fundamentally different models, a relaxation (transitional) zone is introduced, where the velocity, pressure and surface elevations are taken as the weighted summation of the solutions by two models. In order to tackle the challenges associated and maximise the computational efficiency, further developments of the QALE-FEM have been made. These include the derivation of an arbitrary Lagrangian-Eulerian FNPT and application of a robust gradient calculation scheme for estimating the velocity. The present hybrid model is applied to the numerical simulation of a fixed horizontal cylinder subjected to a unidirectional wave with or without following current. The convergence property, the optimisation of the relaxation zone, the accuracy and the computational efficiency are discussed. Although the idea of the weakly coupling using the zonal approach is not new, the present hybrid model is the first one to couple the QALE-FEM with OpenFOAM solver and/or to be applied to numerical simulate the wave-structure interaction with presence of current.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.2
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pp.7-13
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2019
This study aims to develop a FE Model to simulate dissimilar friction stir welding and to address its potential for fundamental analysis and practical applications. The FE model is based on Coupled Eulerian-Lagrangian approach. Multiphysics systems are calculated using explicit time integration algorithm, and heat generations by friction and inelastic heat conversion as well as heat transfer through the bottom surface are included. Using the developed model, friction stir welding between an Al6061T6 plate and an AZ61 plate were simulated. Three simulations are carried out varying the welding parameters. The model is capable of predicting the temperature and plastic strain fields and the distribution of void. The simulation results showed that temperature was generally greater in Mg plates and that, as a rotation speed increase, not the maximum temperature of Mg plate increased, but did the temperature of Al plate. In addition, the model could predict flash defects, however, the prediction of void near the welding tool was not satisfactory. Since the model includes the complex physics closely occurring during FSW, the model possibly analyze a lot of phenomena hard to discovered by experiments. However, practical applications may be limited due to huge simulation time.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.33
no.3
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pp.217-232
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2017
An Eulerian-Lagrangian hybrid modeling system to analyze physical and chemical processes during the transport of air parcels was developed. The Backward-tracking Model Analyzer (BMA) was designed to take advantages of both Eulerian and Lagrangian modeling approaches. Simulated trajectories from the National Oceanic and Atmospheric Administration HYSPLIT model were combined with the US Environmental Protection Agency Community Multi-scale Air Quality (CMAQ)-simulated concentrations and additional diagnostic analyses. In this study, we first introduced a generalized methodology to seamlessly match polylines (HYSPLIT) and threedimensional polygons (CMAQ), which enables mass-conservative analyses of physio-chemical processes of transporting air parcels. Two applications of the BMA were conducted: (1) a long-range transport case of pollutant plume across the Yellow Sea using CMAQ Integrated Process Rate analyses, and (2) a domestic circulation of pollutants within (and near) the South Korea based on the sulfate tracking analyzer. The first episode demonstrated a secondary formation of nitrate and ammonium during the transport over the Yellow Sea while sulfate is mostly transported after being formed over the China, and the second episode demonstrated a dominant impact of boundary condition with active sulfate formation from gas-phase oxidation near the Seoul Metropolitan Area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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