Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.12
s.243
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pp.1574-1585
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2005
In this paper, a spectral element model is developed for the uniform straight pipelines conveying internal unsteady fluid. Four coupled pipe-dynamics equations are derived first by using the Hamilton's principle and the principles of fluid mechanics. The transverse displacement, the axial displacement, the fluid pressure and the fluid velocity are all considered as the dependent variables. The coupled pipe-dynamics equations are then linearized about the steady state values of the fluid pressure and velocity. As the final step, the spectral element model represented by the exact dynamic stiffness matrix, which is often called spectral element matrix, is formulated by using the frequency-domain solutions of the linearized pipe-dynamics equations. The FFT-based spectral dynamic analyses are conducted to evaluate the accuracy of the present spectral element model and also to investigate the structural dynamic characteristics and the internal fluid transients of an example pipeline system.
This paper describes performance evaluation of design parameters, air velocity inside a pipeline and pressure along a pipeline, using experimental measurements in an automated vacuum waste collection system. Automatic robot having six cameras is introduced to analyze the internal pipeline conditions whether waste accumulates at the bottom of the pipeline or not. Throughout the experimental measurements of the pipeline having the various shapes, it is found that pressure and internal air velocity linearly increase along the pipeline from a waste inlet to a waste collection station while air density decreases due to the air compression effect with high pressure. Although air velocity inside the pipeline at a waste inlet keeps design velocity range between 20 m/s and 30 m/s, it is noted that air velocity near the waste collection station exceeds maximum design velocity of 30 m/s. Pressure increase per unit length is changed from 17.6 Pa/m to 18.9 Pa/m, which depends on the air velocity inside the pipeline. From the investigation inside the pipeline with CCTV loaded on an automated robot, waste accumulated at the bottom of the pipeline is mainly found at the downstream of a circular curved pipe, an inclined pipe and a bended pipe.
Exact dynamic stiffness model for a uniform straight pipeline conveying unsteady fluid is formulated from a set of fully coupled pipe-dynamic equations of motion, in which the fluid pressure and velocity of internal flow as well as the transverse and axial displacements of the pipeline are all treated as dependent variables. The accuracy of the dynamic stiffness model formulated herein is first verified by comparing its solutions with those obtained by the conventional finite element model. The spectral element analysis based on the present dynamic stiffness model is then conducted to investigate the effects of fluid parameters on the dynamics and stability of an example pipeline problem.
The major parameters governing the fluid dynamical and thermo-dynamical behavior in the large pipeline network system are friction loss and the pipeline length. But in local pipeline networks and relatively short distance pipeline system, secondary loss and the considerations of the moving states of the fluid machine are also important. One of the major element in local pressure control system is pressure regulator. It causes the variations of the physical properties in that pipeline system. When it is under working, the accurate analysis of the flow properties is so difficult. In this study, some numerical approaches to investigate the critical-flow-characteristics of the pressure regulator have been done according to the variations of the opening ratio or cross-sectional area and the detail examinations and considerations of the pressure regulator as a pipeline network elements have been carried. Finally the flow-flied distributions and critical-flow-characteristics have been presented in detail and the critical flow phenomena and the relation to the opening ratio or cross-sectional-area ratio have been studied.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.11
no.1
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pp.1-6
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1999
Nearshore and offshore pipelines are often applied to carry oil, gas, water and combined products. The thermal and pressure gradients of the fluid inside pipeline cause pipeline expansion. This expansion produces stress to connecting structures with pipeline. Should this stress exceeds the yield strength of connecting components or the allowable displacement of the system, a damage can occur. As most pipelines contain hazardous and toxic fluids, the damage usually leads to fatal accidents involving great economic loss as well. Even subsea pipelines can be easily applied to transport liquid type fluid without time and space constraint, they should be designed and maintained carefully to be functional safely during design lifetime. In this paper, various theories estimating pipeline thermal expansion are investigated and the effects of pipe components to expansion are studied.
Flow control range of valve, which is installed on pipeline, varies according to valve type, pipe diameter, pipe length, roughness, and elevation difference of both ends of pipeline. A lot of computation efforts and knowledge are needed to estimate flow control range of valve, considering above many parameters. The table of flow control range of each valve type is presented for convenience of pipeline design engineers who must make decision of valve size and type in this study. Also the reason that butterfly valve is recommended for flow control, and gate valve is forbidden is presented via quantification and figures in this study.
The cause of waterhammer phenomenon due to valve closing which is installed on pipeline is clarified in this study. Also if waterhammer phenomenon occurs on simple pipeline, expensive facilities like pressure relief valve is adapted to protect pipeline from waterhammer so far. But this study shows that waterhammer phenomenon can be suppressed by just simple modification of valve control sequence, and this technique is verified by simulation and site experiment.
Waterhammer and slamming phenomena can occur when power is cut off due to reversal flow in pipeline and sudden close of check valve. Therefore analysis of reversal flow time, which means the time of reversal flow in pipeline due to pumping station blackout, is needed to protect facilities from waterhammer economically and efficiently. However systematic study on reversal flow time has not been done yet. So theory of reversal flow time analysis is proposed and verified with experiment using several parameters like pump specific speed, motor pole number, and characteristic curve of pipeline in this study.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.24
no.2
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pp.142-146
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2012
In the geothermal power, the geothermal fluid such as water or steam is moved from the ground to turbine a pipeline. Because the geothermal fluid with high temperature contains Cl-and SO4-, It cause to diminish the system lifetime due to the increase in the corrosion of pipeline. In the present work, the characteristics of corrosion and its fatigue of the sus316 which is used in the pipeline are evaluated experimentally. From this study, the following results can be obtained; for the case of the corrosion environment, it is found that the corrosion rate is faster than that of the steam environment by 10 to 30 times, and the corrosion fatigue limit is underestimated compared to that of steam state.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.873-876
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2002
This paper presents the effect of internal corrosion, external corrosion, material properties, operation condition, earthquake, traffic load and design thickness in pipeline on the failure prediction using a failure probability model. A nonlinear corrosion is used to represent the loss of pipe wall thickness with time. The effects of environmental, operational, and design random variables such as a pipe diameter, earthquake, fluid pressure, a corrosion rate, a material yield stress and a pipe thickness on the failure probability are systematically investigated using a failure probability model for the corrosion pipeline.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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