Momentum exchange theory has been generally used for an analysis of the regenerative turbomachines due to its direct description of the complicate circulatory flow. However, because its application is limited only to linear region and its model equations are incomplete on three variables, it needs further refinements. In the present study it is improved by introducing a central pivot of circulatory flow. Also, by assuming linear circulatory velocity distribution, mean radii of inlet and outlet flows through the impeller are newly suggested. By applying control volume analysis to both linear region and the acceleration region, the governing equation on the circulatory velocity is derived. As a result, systematic performance analysis on the entire region of the incompressible regenerative turbomachines can be carried out based on the proposed model equations.
In momentum exchange theory the loss models for the circulatory flow is critically important. But because of lack of loss model on the circulatory flow, analysis model on regenerative turbomachines is not available in the open literature. In the present study circulatory loss is evaluated by combining bend's losses. Through the comparison with the previous experimental data on linear pressure gradient, a combination factor is suggested in terms of the aspect ratio of a channel. Applying this factor to two kinds of regenerative blowers the predicted results are found to be in good agreement with the experimental data of the overall performance and the head distribution along the rotational direction. Especially, the comparison with the head distribution demonstrates the accuracy of hydraulic model and loss model suggested in the present study. And the comparison with the overall performance confirms the validness of physical models as well as loss models suggested in the present study.
The complicated helical flow formed in the regenerative turbomachines is usually decomposed into a peripheral component and a circulatory component. On the basis of the momentum exchange theory, the circulatory flow plays a critical role of imparting angular momentum to the peripheral flow. Therefore, the accuracy of performance prediction is dominated by the circulatory flow modeling. Until now the circulatory flow has been accounted of a standstill flow normal to the peripheral flow. However, the circulatory path from the impeller exit to the re-entrance inlet is exposed to the adverse pressure gradient, so it would be more realistic to describe that the circulatory flow is formed on the skewed plane not perpendicular to the peripheral flow. Present study suggests new circulatory flow loss model including the effect of adverse pressure gradient and modifies the effective circulatory flow rate and circulatory pivot which were previously published.
A new instrument, an average BDFT (Birectional Flow Tube), was proposed to measure the flow rate in single and two phase flows. Its working principle is similar to that of the Pilot tube, wherein the dynamic pressure is measured. In an average BDFT, the pressure measured at the front of the flow tube is equal to the total pressure, while that measured at the rear tube is slightly less than the static pressure of the flow field due to the suction effect downstream. The proposed instrument was tested in air/water vertical and horizontal test sections with an inner diameter of 0.08m. The tests were performed primarily in single phase water and air flow conditions to obtain the amplification factor(k) of the flow tube in the vertical and horizontal test sections. Tests were also performed in air/water vertical two phase flow conditions in which the flow regimes were bubbly, slug, and churn turbulent flows. In order to calculate the phasic mass flow rates from the measured differential pressure, the Chexal drift-flux correlation and a momentum exchange factor between the two phases were introduced. The test results show that the proposed instrument with a combination of the measured void fraction, Chexal drift-flux correlation, and Bosio & Malnes' momentum exchange model could predict the phasic mass flow rates within a $15\%$ error. A new momentum exchange model was also proposed from the present data and its implementation provides a $5\%$ improvement to the measured mass flow rate when compared to that with the Bosio & Malnes' model.
In this paper, we deal with an enhanced index fund strategy by implementing the exchange trade funds (ETFs) within the context of the Black-Litterman approach. The KOSPI200 index ETF is used to build risk-controlled portfolio that tracks the benchmark index, while the proposed Black-Litterman model mitigates estimation errors in incorporating both active investment views and equilibrium views. First, we construct a Black-Litterman model portfolio with the active market perspective based on the momentum strategy. Then, we update the portfolio with the KOSPI200 index ETF by using the equilibrium return ratio and weighted averages, while devising optimization modeling for improving the information ratio (IR) of the portfolio. Finally, we demonstrate the empirical viability of the proposed enhanced index strategies with KOSPI 200 data.
본 연구에서는 격자볼츠만 방법을 기반으로 유체-입자 상호작용에 대한 수치계산을 수행하였다. 유체 유동은 격자볼츠만 방법을 이용하였으며, 유동장 내에서의 고체입자 운동은 계산점(node) 기반의 가상영역으로 간주하여 해석하였다. 유체-입자의 상호작용은 격자볼츠만 방법의 지배방정식에 국부적으로 운동량 교환량을 추가하여 해석하며, 가상영역 내에 위치한 고체입자의 병진 및 회전 운동은 뉴턴 운동 방정식과 오일러(Euler) 방정식을 이용한다. 구성된 상호작용 모델의 유효성을 검증하기 위하여 중립상태에서의 부유 입자운동 및 단 입자의 침강에 대한 수치계산을 수행하였으며, 기존 연구들과의 비교를 통하여 본 연구의 유체-입자 상호작용 모델이 갖는 신뢰성과 효용성을 평가하였다.
The formation mechanism of the vortex streets in the lee of the mountain Is Investigated by a three-dimensional numerical model. The model is based upon the hydrostatic Boussinesq equations in which the vertical turbulent momentum flux is estimated by a turbulence parameterization scheme, but the horizontal viscosity is assumed to be constant. The results show that Karman vortex streets can form even without surface friction in a constant ambient flow with uniform stratification. The vortex formation is related to breaking of the mountain wave, which depends on the Froude number (Fr). In the case of a three-dimensional bell-shaped mountain, the wave breaking occurs when Fr is less than about 0.8, while a barman vortex forms when Fr is less than about 0.22. Vortex formation also depends on Reynolds number, which is estimated from the horizontal diffusivity. The vortex formation can be explained by the wave saturation theory given by Lindzen (1981) with some modification. Simulations in this study show that in the case of Karman vortex formation the momentum flux in the lower level is much larger than the saturated momentum flux, whereas it is almost equal to the saturated momentum at the upper levels as expected from the saturation theory. As a result, large flux divergence is produced in the lower layer, the mean flow is decelerated behind the mountain, and the horizontal wind shear forms between unmodified ambient wind. The momentum exchange between the mean flow and the mountain wave is produced by the turbulence within a breaking wave. From the result, well developed vortices like Karman vortex can be formed. . The results of the momentum budget calculated by the hydrostatic model are almost the same as nonhydrostatic results as long as horizontal scale of the mountain is 10 km. A well developed barman vortex similar to the hydrostatic one was simulated in the nonhydrostatic case. Therefore, we conclude that the hydrostatic assumption is adequate to investigate the origin of the Km8n vortex from the viewpoint of wave breaking.
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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제1권2호
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pp.105-117
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1997
The formation mechanism of the vortex streets in the lee of the mountain is investigated by a three-dimensional numerical model. The model is based upon the hydrostatic Boussinesq equations in which the vertical turbulent momentum flux is estimated by a turbulence parameterization scheme, but the horizontal viscosity is assumed to be constant. The results show that Karman vortex streets can form even without surface friction in a constant ambient flow with uniform stratification. The vortex formation is related to breaking of the mountain wave, which depends on the Froude number (Fr). In the case of a three-dimensional bell-shaped mountain, the wave breaking occurs when Fr is less than about 0.8, while a Karman vortex forms when Fr is less than about 0.22. Vortex formation also depends on Reynolds number, which is estimated from the horizontal diffusivity. The vortex formation can be explained by the wave saturation theory given by Lindzen (1981) with some modification. Simulations in this study show that in the case of Karman vortex formation the momentum flux in the lower level is much larger than the saturated momentum flux whereas it is almost equal to the saturated momentum at the upper levels as expected from the saturation theory. As a result, large flux divergence is produced in the lower layer, the mean flow is decelerated behind the mountain, and the horizontal wind shear forms between unmodified ambient wind. The momentum exchange between the mean flow and the mountain wave is produced by the turbulence within a breaking wave. From the result, well developed vortices like Karman vortex can be formed. The results of the momentum budget calculated by the hydrostatic model are almost the same as nonhydrostatic results as long as horizontal scale of the mountain is 10 km. A well developed Karman vortex similar to the hydrostatic one was simulated in the nonhydrostatic case. Therefore, we conclude that the hydrostatic assumption is adequate to investigate the origin of the Karman vortex from the viewpoint of wave breaking.
Recently, it has been widely recognized that coastal vegetations may have great value in supporting fisheries, protecting from wave attack, stabilizing the sea bed and maintaining good scenery. Hydrodynamic factors play a major role in the functions of water quality and ecosystems. However, the studies on physical and numerical process of wave propagation are few and far behind compared to those on the hydrodynamic roles of coastal vegetations. In general, Vegetation flourishing along the coastal areas attenuates the incident waves, through momentum exchange between stagnated water mass in the vegetated area and rapid mass in the un-vegetated area. This study develops a numerical model for describing the wave attenuation rate in the complex topography with the vegetation area. Based on the numerical results, the physical properties of the wave attenuation are examined under various wave, geometric and vegetation conditions. Through the comparisons of these results, the effects of the vegetation properties, wave properties and model parameters such ac the momentum exchange coefficient have been clarified.
Zheng Lu;Mengyao Zhou;Jiawei Zhang;Zhikuang Huang;Sami F. Masri
Smart Structures and Systems
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제31권5호
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pp.455-467
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2023
Impact damper is a passive damping system that controls undesirable vibration with mass block impacting with stops fixed to the excited structure, introducing momentum exchange and energy dissipation. However, harmful momentum exchange may occur in the random excitation increasing structural response. Based on the mechanism of impact damping system, a semi-active impact damper (SAID) with controllable impact timing as well as a semi-active control strategy is proposed to enhance the seismic performance of engineering structures in this paper. Comparative experimental studies were conducted to investigate the damping performances of the passive impact damper and SAID. The extreme working conditions for SAID were also discussed and approaches to enhance the damping effect under high-intensity excitations were proposed. A numerical simulation model of SAID attached to a frame structure was established to further explore the damping mechanism. The experimental and numerical results show that the SAID has better control effect than the traditional passive impact damper and can effectively broaden the damping frequency band. The parametric studies illustrate the mass ratio and impact damping ratio of SAID can significantly influence the vibration control effect by affecting the impact force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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