High speed casting technology is an attractive method to increase the productivity of continuous casting. However, high speed casting causes flow instability of molten steel in a mold. In this study, Large Eddy Simulation (LES) has been performed to identify the characteristics of mold flow for various shapes of submerged entry nozzles. The LES code has been newly developed to efficiently compute the two-phase flow by using the Fractional Step Method (FSM) combined with the Volume of Fluid (VOF) method. The Immersed Boundary Method was used to implement the shape of the submerged entry nozzle. Three cases of discharge angle of the submerged entry nozzle were computed and compared. The current results shed light on improving shape design of a submerged entry nozzle.
In this paper, the effects of parapets on the mean and fluctuating wind pressures which are acting on a flat top of a finite cylinder vertically placed on a flat plate have experimentally been investigated. The aspect ratio (AR) of cylinder is 1 and the Reynolds number (Re) based on cylinder diameter and free stream velocity is 150000. The pressure distributions on the flat top and the side wall of the finite cylinder immersed in a simulated atmospheric boundary layer have been obtained for different parapet heights. The large magnitudes of mean and minimum suction pressures occurring near the leading edge were measured for the cases with and without parapet. They shift to the further downstream on the circular top with increasing parapet height. It is seen that the parapets reduce the local high suction on the top up to 24%.
Zachry, Brian C.;Letchford, Chris W.;Zuo, Delong;Kennedy, Andrew B.
Wind and Structures
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v.16
no.2
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pp.193-211
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2013
This paper presents results from a wind tunnel study that examined the drag coefficient and wind flow over an asymmetric wave train immersed in turbulent boundary layer flow. The modeled wavy surface consisted of eight replicas of a statistically-valid hurricane-generated wave, located near the coast in the shoaling wave region. For an aerodynamically rough model surface, the air flow remained attached and a pronounced speed-up region was evident over the wave crest. A wavelength-averaged drag coefficient was determined using the wind profile method, common to both field and laboratory settings. It was found that the drag coefficient was approximately 50% higher than values obtained in deep water hurricane conditions. This study suggests that nearshore wave drag is markedly higher than over deep water waves of similar size, and provides the groundwork for assessing the impact of nearshore wave conditions on storm surge modeling and coastal wind engineering.
We conduct numerical simulations of the interaction of a deformable structure with two-phase compressible flow. The finite volume method (FVM) is used to simulate fluid phenomena including a shock wave, a gas bubble, and the deformation of free surface. The deformation of a floating structure is computed with the finite element method (FEM). The compressible two-phase volume of fluid (VOF) method is used for the generation and development of a cavitation bubble, and the immersed boundary method (IBM) is used to impose the effect of the structure on the fluid domain. The result of the simulation shows the generation of a shock wave, and the expansion of the bubble. Also, the deformation of the structure due to the hydrodynamic loading by the explosion is identified.
The energy harvesting system using an inverted flag is analyzed by using an immersed boundary method to consider the fluid and solid interaction. The inverted flag flutters at a lower critical velocity than a conventional flag. A fluttering motion is classified into straight, symmetric, asymmetric, biased, and over flapping modes. The optimal energy harvesting efficiency is observed at the biased flapping mode. Using the three different machine learning algorithms, i.e., artificial neural network, random forest, support vector regression, the energy harvesting efficiency is predicted by taking bending rigidity, inclination angle, and flapping frequency as input variables. The R2 value of the artificial neural network and random forest algorithms is observed to be more than 0.9.
일반적으로 건축물의 설계시 풍동 실험을 통한 풍환경의 평가를 수행하고 있으며, 이는 환경 영향 평가법에서 정한 건축 사업 시행 시 수반되어야 할 자연환경, 생활환경 그리고 사회경제환경의 영향 평가의 일환으로 실시되고 있다. 그러나, 풍동 실험의 경우 여러 가지 현실적 제약조건으로 설계와 실험의 피드백 (Feedback)이 원활하지 못하며, 특히 대상 건축물이 공장과 같이 대기 오염원이 되는 경우 실험은 더욱 어려운 형편이다. 이에 대한 보완책으로 전산 유체 역학을 이용한 건축물의 풍압 해석에 의한 풍하중 추정이나 인접 지형-지물의 영향을 고려한 건축물 주위의 풍환경 평가가 있다. 전산 모사에 의해 풍동 실험의 미비점을 보완하고, 보다 상세한 정보를 확보함으로써 건축물의 구조적 안전성의 증대와 환경 피해 감소를 기할 수 있다. 그러나 복잡한 지형-지물이나 건축물 주위의 풍환경에 대한 전산 모사는 주로 두 가지의 기술적 어려움을 수반하게 되다. 그 중 하나는 고정 경계면을 이루는 형상의 복잡성으로 인해 기존에 많이 이용하고 있는 Body-fitted 격자계를 이용하는 경우, 격자 생성 과정이 매우 복잡하고 어려울 뿐 만 아니라 생성된 격자가 주로 비정렬 (unstructured) 특성을 갖게 되어 수치해석 과정의 효율을 저하시키는 요인이 되며, 격자의 형상도 수치해석의 수렴성을 저하시키는 예가 많다. 다른 어려움으로 풍환경은 전형적인 난류 유동장으로서 난류의 전산 해석은 아직도 해결하지 못한 부분이 많다는 점이다. 이에 본 논문에서는 복잡한 지형-지물이나 건축물의 풍하중과 풍환경의 전산 모사 기술 확보를 위하여 수행중인 연구의 일환으로 물체 형상의 기하학적 복잡성의 극복을 위한 가상경계법 (Immersed Boundary Method)과 난류 유동장의 물리적 엄밀성을 높이기 위한 다와동 모사 (Large Eddy Simulation)을 이용한 물체 형상과 무관한 유동장 해석 기술 개발에 대하여 다루고자 한다. 먼저 최근에 유동 해석에 이용되는 방법인 가상경계법(IBM)은 물체를 포함한 전체 전산 영역을 직교 좌표계에 의해 이산화하고, 유동장내 존재하는 물체의 표면에서의 점착 조건을 만족시키기 위하여 지배 방정식에 적절한 외력을 추가로 고려하는 방법이다. 본 연구에서는 가상경계법을 이용하여 경계층에 위치한 건물 형상의 각진 물체 주위 사이에 형성되는 공동 내부의 비정상 유속 및 압력에 대한 전산 해석을 수행하고, 풍상측 전면에 형성되는 경계층에 의한 영향을 분석하였다.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.6
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pp.1195-1204
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1992
The natural convection from upward and downward facing horizontal isothermal plate immersed in water is studied numerically. The temperature of the plate is from 0.0 .deg. C to 8.0 .deg. C and the ambient water temperature is from 1.0 .deg. C to 10.0 .deg. C. Numerical results are presented for the velocity profiles, temperature profiles, local heat transfer coefficients, and average Nusselt numbers over the entire flow fields. Flow patterns are shown in the upward and downward facing surfaces at different ambient water temperatures. For the upward facing surface, there are upflow and unsteady flow. And the regions of the ambient water temperatures which give rise to the upflow are more extensive as the temperatures of the isothermal surface become more distant from the density extremum temperature. For the downward facing surface, only the downflow region is shown. For the upward facing horizontal isothermal surface, the average Nusselt number(= N $u_{1}$$^{*}$) is 28.86(Ra)$^{0.01}$. And for the downward facing surface, the average Nusselt number(= N $u_{2}$$^{*}$) is $C_{2}$(Ra)$^{0.2}$ and the values of $C_{2}$ are enlarged in the range of 0.785 .leq. $C_{2}$ .leq. 1.250 as increasing of the temperatures of the isothermal surface.ace.ace.
Lee, Sun Myung;Lee, Myeong Seong;Chun, Yu Gun;Lee, Jae Man;Morii, Masayuki
Journal of Conservation Science
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v.28
no.4
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pp.329-341
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2012
Magai Wareiishi Jizo (Buddhist statue carved on rock surface) is close to shoreline and a part of rock block is periodically immersed by seawater. Rock material of the Wareiishi-jizo statue is composed mainly of medium or coarse-grained biotite granite and very durable. However, physical properties of the rock have been changed according to the complex interactions of the salt solution and surrounding environment. Exfoliation of the rock surface is a serious condition by salt crystallization. Exfoliation (14.6%) is concentrated on the upper part of the rock block with mainly boundary of seawater as the center. On the other hand, lower part of the rock block show black layers by contaminants deposition. In addition, brown discoloration and biological contaminants is overlapped. Rock surface show high discoloration rate of 50.5% (black discoloration, 29.2% > yellow discoloration, 14.1% > brown discoloration, 4.4% > green discoloration, 2.9%). Upper part of the rock block had a lot of change in the physical properties than lower part that is immersed by seawater. In particular, surface properties of the rock block was very weak state at the boundary surface of seawater permeation.
The purpose of this study is to analyze the damage patterns and metal structure of 3 phase mold transformers collected from places where accidents have occurred. Compared to an oil-immersed transformer, a mold transformer has the advantage of requiring a smaller installation area and can be kept clean, while its disadvantages include the fact that abnormal symptoms of an accident are difficult to discover and its repair is impossible. The capacity of the mold transformers collected from places where accidents have occurred was 200kVA with primary voltages being F23,900V, R22,900V, 21,900V, 20,900V, 19,900V, etc., as well as secondary voltages being 380V, 220V, etc. It was found from the analysis on the diffusion of combustion in the damaged mold transformers that fire occurred first inside the U-phase primary winding and that carbonization and heat were diffused to V-phase and W-phase in V-pattern. In addition, from the analysis on the cross-sectional structure of the metal of the melted high voltage winding using a metallurgical microscope, it was found that the boundary surface, voids, and columnar structure were formed when an interlayer short-circuit had occurred Therefore, even though it is not possible to find the cause for the occurrence of an interlayer short-circuit at the inner side of the primary winding, it is thought that, due to the thermal energy generated when the short-circuit occurred, the heat source was diffused to the upper side and outside, causing a secondary accident.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.1
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pp.181-188
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2004
Structural analysis for materials containing regularly spaced in-homogeneities is usually executed by using averaged material properties. For the homogenization process, a unit cell is defined and loaded somehow, and its response is investigated to evaluate the properties. The imposed loading conditions should accord to the behavior of unit cell immersed in the macroscopic structure in order to guarantee the accuracy of the effective properties. Each unit cell shows periodic variation of strain if the material is loaded uniformly, and in this study, direct implementation of this characteristic behavior is attempted on FE models of unit cell. Conventional finite element analysis tool can be used without any modification, and the boundary of unit cell is constrained in a way that the periodicity is satisfied. The proposed method is applicable to skew arrayed in-homogeneity problems. The flexibility matrix relating tonsorial stress and strain components in skewed rectilinear coordinate system is transformed so that the required engineering constants can be evaluated. Effective properties are computed for the materials with square and skew arrayed circular holes, and its accuracy is examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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