Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.5
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pp.477-485
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2012
Fluid flow and heat transfer in horizontal ducts are strongly coupled with large changes in thermodynamic and transport properties near the critical region as well as the gravity force. Numerical analysis has been carried out to investigate convective heat transfer in horizontal rectangular ducts for water near the thermodynamic critical point. Convective heat transfer characteristics, including velocity, temperature, and the properties as well as local heat transfer coefficients along the ducts are compared with the effect of proximity on the critical point. When there is flow acceleration because of a density decrease, convective heat transfer characteristics in the ducts show transition behavior between liquid-like and gas-like phases. There is a large variation in the local heat transfer coefficient distributions at the top, side, and bottom surfaces, and close to the pseudocritical temperature, a peak in the heat transfer coefficient distribution resulting from improved turbulent transport is observed. The Nusselt number distribution depends on pressure and duct aspect ratio, while the Nusselt number peak rapidly increases as the pressure approaches the critical pressure. The predicted Nusselt number is also compared with other heat transfer correlations.
Compared with Newtonial fluids, magnetic fluids have effects on magnetic force. In this study, the purpose is to research the heat transfer characteristic of magnetic fluids which have metalic and fluid characteristics as the external pipe is being cooled and internal pipe is heated. This study found the experimental results from the study of the variety of natural convection for magnetic fluids and the characteristics of the heat transfer by using numerical analysis according to the strength and direction of the magnetic fields from being imposed from the outside. Natural convection of magnetic fluids was controlled by the impressed magnetic fields, and the result of mean nusselt number was calculated. If the impressed magnetic field is in the direction of gravity or the strength of impressed magnetic field is more than -14 mT in the opposite direction, the heat transfer is more than that without the impressed magnetic field. If the strength of impressed magnetic field is less than -14 mT in the opposite direction, it is smaller than that without the impressed magnetic field. Especially, when the strength of the magnetic field is -14 mT, the heat transfer was at the minimum.
In order to reduce friction and improve reliability, researchers have applied various surface texturing methods to highly sliding machine elements such as mechanical seals and piston rings. Despite extensive theoretical research on surface texturing, previous numerical results are only applicable to isothermal and iso-viscous conditions. Because the lubricant flow pattern of textured bearing surfaces is much more complicated than that for non-textured bearings, the Navier?Stokes equation is more suitable than the Reynolds equation for the former. This study carries out a thermohydrodynamic (THD) lubrication analysis to investigate the lubrication characteristics of a single micro-dimpled parallel thrust bearing cell. The analysis involves using the continuity, Navier?Stokes, energy, temperature?viscosity relation, and heat conduction equations with the commercial computational fluid dynamics (CFD) code FLUENT. This study discretizes these equations using the finite volume method and solves them using the SIMPLE algorithm. The results include finding the streamlines, pressure and temperature distributions, and variations in the friction force and leakage for various dimple radii and depths. Increasing the dimple radius and decreasing the depth causes a recirculation flow to form because of a strong vortex, and the oil temperature greatly increases compared with the non-textured case. The present numerical scheme and results are applicable to THD analysis of various surface-textured sliding bearings and can lead to further study.
Hydraulic reciprocating seal has been widely used to prevent fluid leakage in hydraulic systems. Also, hydraulic reciprocating seal plays a significant role to provide lubricant film at contacting interface to minimize tribological problems due to sliding with counter material. To predict lifetime of hydraulic reciprocating seal, quantitative understanding of wear characteristics with respect to operating conditions such as normal force and sliding speed is needed. In this work, effect of sliding speed on wear of polyurethane (PU) hydraulic reciprocating seal were experimentally investigated using a pin-on-disk tribo-tester. The wear characteristics of PU specimens were quantitatively determined by comparing the confocal microscope data before and after test. It was found that the wear rate of PU specimens decreased from $4.9{\times}10^{-11}mm^3$ to $1.1{\times}10^{-11}mm^3/Nm$ as sliding speed increased from 120 mm/s to 940 mm/s. Also, it was observed that the friction decreased slightly as the sliding speed increased. Improvement of lubrication state with increasing sliding speed was likely to be responsible for this enhanced friction and wear characteristics. This result also suggests that decrease in sliding distance between PU elastomer and counter materials at lower sliding speed is preferred. Furthermore, the quantitative assessment of wear characteristics of PU specimen may be useful in prediction of lifetime of PU hydraulic reciprocating seal if the allowed degree of wear for failure of the seal is provided.
Methane gas hydrate which is considered energy source for the next generation has an urgent need to develop reliable numerical simulator for coupled THM phenomena in the porous media, to minimize problems arising during the production and optimize production procedures. International collaborations to improve previous numerical codes are in progress, but they still have mismatch in the predicted value and unstable convergence. In this paper, FEM code for fully coupled THM phenomena is developed to analyze methane hydrate dissociation in the porous media. Coupled partial differential equations are derived from four mass balance equations (methane hydrate, soil, water, and hydrate gas), energy balance equation, and force equilibrium equation. Five main variables (displacement, gas saturation, fluid pressure, temperature, and hydrate saturation) are chosen to give higher numerical convergence through trial combinations of variables, and they can analyze the whole region of a phase change in hydrate bearing porous media. The kinetic model is used to predict dissociation of methane hydrate. Developed THM FEM code is applied to the comparative study on a Masuda's laboratory experiment for the hydrate production, and verified for the stability and convergence.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.5B
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pp.313-320
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2012
A hybrid floating structure system combined with pontoon and semi-submersible type modules is proposed. This new system can reduce tensile forces of bottom slabs which could cause fatal damage of concrete floating structures. We performed a parametric study on the dimensions of this new system and investigate the sensitivity of the parameters to the behavior. In order to investigate various cases efficiently, we developed a simple two-step static analysis method for the fluid-structure interaction. An optimum system is derived from the investigation of the analysis results, weights and drafts of the hybrid structure. This study shows that introducing this new system to concrete floating structures is an effective way to reduce the tensile force of the bottm slab of such a floating structure. Also, it was found that when the length of the semi-submersible module is about 15%, the behavior would be optimal in the considered case.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.258-258
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2014
Spark discharge in water generates shockwaves which have been utilized to generate mechanical actuation for potential use in pumping application. Discharge pulses of several microseconds generate shockwaves and vapor bubbles which subsequently displace the water for a period of milliseconds. Through the use of a sealed discharge chamber and metal bellow spring, the fluid motion can be used create an oscillating linear actuator. Continuous actuation of the bellow has been demonstrated through the use of high frequency spark discharge. Discharge in water forms a region of high electric field around the electrode tip which leads to the creation of a thermal plasma channel. This process produces fast thermal expansion, vapor and bubble generation, and a subsequent shockwave in the water which creates physical displacement of the water [1]. Previous work was been conducted to utilize the shockwave effect of spark discharge in water for the inactivation of bacteria, removal of mineral fouling, and the formation of sheet metal [2-4]. Pulses ranging from 25 to 40 kV and 600 to 900 A are generated inside of the chamber and the bellow motion is captured using a slow motion video camera. The maximum displacements measured are from 0.7 to 1.2 mm and show that there is a correlation between discharge energy input to the water and the displacement that is generated. Subsequent oscillations of the bellow are created by the spring force of the bellow and vapor in the chamber. Using microsecond shutter speed ICCD imaging, the development of the discharge bubble and spark can be observed and measured.
Kim, Kyuhan;Park, Hyoungsu;Shin, Sungwon;Cox, Daniel T.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.24
no.6
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pp.400-403
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2012
Laboratory experiments were conducted for tsunami inundation to an urban area with large building roughness. The waterfront portion of the city of Seaside which is located on the US Pacific Northwest coast, was replicated in 1/50 scale in the wave basin. Tsunami heights and velocities on the inundated land were measured at approximately 31 locations for one incident tsunami heights with an inundation height of approximately 10 m (prototype) near the shoreline. The inundation pattern and speed were more severe and faster in some areas due to the arrangement of the large buildings. Momentum fluxes along the roads were estimated using measure tsunami inundation heights and horizontal fluid velocities. As expected, the maximum momentum flux was near the shoreline and decreased landward. Inundation heights and momentum flux were slowly decreased through the road with buildings on each side. The results from this study showed that the horizontal inundation velocity is an important factor for the external force of coastal structures.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.4
no.3
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pp.65-73
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2001
Herein, a theoretical method based on the catenary model Is applied to obtain the tension and drag forces acting on the trash curtain which is deployed at river for the prevention of floating debris inflow into the ocean. Under the assumption that fluid drag is perpendicular to the trash curtain, the tension and drag forces are uniform along the trash curtain. As a numerical model, the trash curtain is moored both symmetrically and asymmetrically with respect to the flow. The tension and drag forces on the trash curtain are investigated according to the change of Bap ratio and inclined angle of the trash curtain. Numerical results show that tension parameter is increased as the gap ratio is increased. It is found that tension parameter is reduced as the inclined angle is increased in the case of asymmetric deployment. The numerical model is applied to the specific problem for the trash curtain (200m) deployed at the Tancheon on the Han river. The maximum inflow velocity that anchor system can endure is 2m/sec.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.2
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pp.97-108
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2015
In the design of sailing yachts, para-glider, or high-sky wind power, etc., the analysis of side-wind aerodynamic forces exerted on a cambered 3-D model is very important to predict the performance of various machinery systems. To understand the essential flow physics around the three-dimensional shape, simplified rigid-body models are proposed in this study. Four parameters such as free stream velocity, angle of attack, aspect ratio, and camber are considered as the independent variables. Lift and drag coefficients are computed with CFD technique using ANSYS-CFX, and the results with the visualization of post-processed flow fields are analyzed in the viewpoint of fluid dynamics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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