Numerical modeling of the flow velocity fields for the near corona wire electrohydrodynamic (EHD) flow was conducted. The steady, two-dimensional momentum equations have been computed for a wire-plate type electrostatic precipitator (ESP). The equations were solved in the conservative finite-difference form on a fine uniform rectilinear grid of sufficient resolution to accurately capture the momentum boundary layers. The numerical procedure for the differential equations was used by SIMPLEST algorithm. The Phoenics (Version 3.5.1) CFD code, coupled with Poisson's electric field, ion transport equations and the momentum equation with electric body force were used for the numerical simulation and the Chen-Kim ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model numerical results that an EHD secondary flow was clearly visible in the downstream regions of the corona wire despite the low Reynolds number for the electrode ($Re_{cw}=12.4$). Secondary flow vortices caused by the EHD increases with increasing discharge current or EHD number, hence pressure drop of ESP increases.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.10
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pp.840-845
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2012
An ARX(Auto-Regressive eXogenous) modeling technique for vortex dynamics in the BFS(Backward Facing Step) flow field is proposed in this paper. In order for the modeling of the dynamics, the spatial and temporal modes are extracted through POD(Proper Orthogonal Decomposition) analysis. Determining the orders of the inputs and outputs for an ARX structure is carried out by the spectrum analysis and temporal mode analysis, respectively. The order of input delay terms is also determined by the flow velocity. Finally the coefficients of the ARX model are designed by using an artificial neural network.
Flemming, Felix;Foust, Jason;Koutnik, Jiri;Fisher, Richard K.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.315-323
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2009
Pressure oscillations triggered by the unstable interaction of dynamic flow features of the hydraulic turbine with the hydraulic plant system - including the electrical design - can at times reach significant levels and could lead to damage of plant components or could reduce component lifetime significantly. Such a problem can arise for overload as well as for part load operation of the turbine. This paper discusses an approach to analyze the overload high pressure oscillation problem using computational fluid dynamic (CFD) modeling of the hydraulic machine combined with a network modeling technique of the hydraulic system. The key factor in this analysis is the determination of the overload vortex rope volume occurring within the turbine under the runner which is acting as an active element in the system. Two different modeling techniques to compute the flow field downstream of the runner will be presented in this paper. As a first approach, single phase flow simulations are used to evaluate the vortex rope volume before moving to more sophisticated modeling which incorporates two phase flow calculations employing cavitation modeling. The influence of these different modeling strategies on the simulated plant behavior will be discussed.
In this study, nonlinear vibrations and dynamic instabilities of a smart embedded micro shell conveying varied fluid flow and subjected to the combined electro-thermo-mechanical loadings are investigated. With the aim of designing new hydraulic sensors and actuators, the piezoelectric materials are employed for the body and the effects of applying electric field on the stability of the system as well as the induced voltage due to the dynamic behavior of the system are studied. The nonlocal piezoelasticity theory and the nonlinear cylindrical shell model in conjunction with the energy approach are utilized to mathematically modeling of the structure. The fluid flow is assumed to be isentropic, incompressible and fully develop, and for more generality of the problem both steady and time dependent flow regimes are considered. The mathematical modeling of fluid flow is also carried out based on a scalar potential function, time mean Navier-Stokes equations and the theory of slip boundary condition. Employing the modified Lagrange equations for open systems, the nonlinear coupled governing equations of motion are achieved and solved via the state space problem; forth order numerical integration and Bolotin's method. In the numerical results, a comprehensive discussion is made on the dynamical instabilities of the system (such as divergence, flutter and parametric resonance). We found that applying positive electric potential field will improve the stability of the system as an actuator or vibration amplitude controller in the micro electro mechanical systems.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2005.05b
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pp.1184-1188
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2005
The impacts of turbidity flow induced by summer rainfall events on water supply, aquatic ecosystems, and socioeconomics are significant and major concerns in most of reservoirs operations. As a decision support tool, the real-time turbidity flow monitoring and modeling system RTMMS is under development using a laterally integrated two-dimensional (2D) hydrodynamic and water quality model. The objectives of this paper is to present the preliminary field observation results on the characteristics of rainfall-induced turbidity flows and their density flow regimes, and the model performance in replicating the fate and transport of turbidity plume in a reservoir. The rainfall-induced turbidity flows caused significant drop of river water temperature by 5 to $10^{\circ}C$ and resulted in density differences of 1.2 to $2.6kg/m^3$ between inflow water and ambient reservoir water, which consequently led development of density flows such as plunge flow and interflow in the reservoir. The 2D model was set up for the reservoir. and applied to simulate the temperature stratification, density flow regimes, and temporal and spatial turbidity distributions during flood season of 2004 After intensive refinements on grid resolutions , the model showed efficient and satisfactory performance in simulating the observed reservoir thermal stratification and turbidity profiles that all are essentially required to enhance the performance of RTMMS.
For the simulation of the blood flow in coronary artery, the system modeling of coronary hemodynamics is combined with CFD technique. The blood flow in coronary artery interacts with the global coronary circulation. Especially in case of the coronary artery with stenosis, the interaction plays an important role in the hemodynamics of the circulation. In this study we present a combined numerical approach using both the CFD technique for flow simulation and the global system model of coronary circulation. We use a lumped parameter model for the global simulation of coronary circulation whereas the finite element method is employed to compute the viscous flow field in stenosed coronary artery, The time variation of the pressure drop due to stenosis is obtained from the proposed numerical method. Numerical results shows that the flow resistance and pressure drop due to stenosis has a relatively large value in systole.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2002.05a
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pp.3-16
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2002
This article describes some of the recent and on-going research developments of the author at Colorado State University. Advances in the field of sedimentation and river mechanics include basic research and computer modeling on several topics. Only a few selected topics are considered here: (1) analytical determination of velocity profiles, shear stress and sediment concentration profiles in smooth open channels; (2) experiments on bedload particle velocity in smooth and rough channels; (3) field measurements of sediment transport by size fractions in curved flumes. In terms of computer modeling, significant advances have been achieved in: (1) flashflood simulation with raster-based GIOS and radar precipitation data; and (2) physically-based computer modeling of sediment transport at the watershed scale with CASC2D-SED. Field applications, measurements and analysis of hydraulic geometry and sediment transport has been applied to: (1) gravel-bed transport measurements in a cobble-bed stream at Little Granite Creek, Wyoming; (2) sand and gravel transport by size fraction in the sharp meander bends of Fall River, Colorado; (3) changes in sand dune geometry and resistance to flow during major floods of the Rhine River in the Netherlands; (4) changes in hydraulic geometry of the Rio Grande downstream of Cochiti Dam, New Mexico; and (5) analysis of the influence of water temperature and the Coriolis force on flow velocity and sediment transport of the Lower Mississippi River in Louisiana. Recent developments also include two textbooks on "Erosion and Sedimentation" and "River Mechanics" by the author and state-of-the-art papers in the ASCE Journal of Hydraulic Engineering.
Kim, Hongseong;Danilov, Valeri A.;Lim, Jongkoo;Moon, Il
Korean Chemical Engineering Research
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v.45
no.1
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pp.93-102
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2007
The objective of this study is to develop a 3D DMFC model for modeling gas evolution and flow patterns to design optimal flow field for gas management. The gas management on the anode side is an important issue in DMFC design and it greatly influences the performance of the fuel cell. The flow field is tightly related to gas management and distribution. Since experiment for the optimal design of various flow fields is difficult and expensive due to high bipolar plate cost, computational fluid dynamics (CFD) is implemented to solve the problem. A two-fluid model was developed for CFD based flow field design. The CFD analysis is used to visualize and to analyze the flow pattern and to reduce the number of experiments. Case studies of typical flow field designs such as serpentine, zigzag, parallel and semi-serpentine type illustrate applications of the model. This study presents simulation results of velocity, pressure, methanol mole fraction and gas content distribution. The suggested model is verified to be useful for the optimal flow field design.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.2
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pp.373-380
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1988
The effect of sound on the heat transfer from an isothermal cylinder in cross flow is investigated by numerical analysis. The modeling is made for the laminar incompressible flow fluctuating in the range of the Reynolds number, 5.leq.Re.leq.35, by the sinusoidal acoustic field. The instantaneous response of the flow and heat transfer is simulated for various frequencies. It is shown that the heat transfer amplitude decreases and the phase lags behind the flow velocity with increase in the frequency. The time-mean effects of the acoustic field on the flow field and heat transfer, known as the acoustic and thermoacoustic streaming, are analyzed. The time-mean heat transfer coefficients are decreased around the forward stagnation point but increased in the wake region. Such a local difference in heat transfer coefficients is a function of the frequency and becomes greatest at some frequency. However, with balance between the local increase and decrease, the overall heat transfer coefficient is almost unaffected by sound.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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