The hydrodynamic instability of the three-dimensional boundary layer on a rotating disk introduces a periodic modulation of the mean flow in the form of stationary cross flow vortices. The instability labeled Type II by Faller occurs first at lower Reynolds number than that of well known Type I instability. Detailed numerical values of the amplification rates, neutral curves and other characteristics of the two instabilities have been calculated over a wide range of parameters. Presented are the neutral stability results concerning the two instability modes by solving the appropriate linear stability equations reformulated not only by considering whole convective terms but also by correcting some errors in the previous stability equations. The present stability results agree with the previously known ones within reasonable limit. Consequently, the flow is found to be always stable for a disturbance whose dimensionless wave number is greater than 0.75. Some spatial amplification contours have been computed for the stationary disturbance wave, whose azimuth angle $\varepsilon$= 11.29$^{\circ}$ to 15$^{\circ}$ and for the moving disturbance wave, whose azimuth angle $\varepsilon$ = 12.5$^{\circ}$ to 15$^{\circ}$. Also, some temporal amplification contours have been computed for the stationary disturbance wave, whose azimuth angle $\varepsilon$= 11.29$^{\circ}$ to 15$^{\circ}$ and for the moving disturbance wave, whose azimuth angle $\varepsilon$= 12$^{\circ}$ to 15$^{\circ}$. The flow instability was observed by using a white titanium tetrachloride gas over rotating disk system. When the numerical results are compared to the present experimental data, the numerical results agree quantitatively, indicating the existence of the selective frequency mechanism.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.9
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pp.605-613
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2017
Recently, efficient heat dissipation has become necessary because of the miniaturization of devices, and research on boiling on micro-channels has attracted attention. However, in the case of micro-channels, the friction coefficient and heat transfer characteristics are different from those in macro-channels. This leads to large errors in the micro scale results, when compared to correlations derived from the macro scale. In addition, due to the complexity of the mechanism, the boiling phenomenon in micro-channels cannot be approached only by experimental and theoretical methods. Therefore, numerical methods should be utilized as well, to supplement these methods. However, most numerical studies have been conducted on macro-channels. In this study, we applied the lattice Boltzmann method, proposed as an alternative numerical tool to simulate the boiling phenomenon in the micro-channel, and predicted the bubble growth process in the channel.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.11
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pp.1037-1046
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2013
In this study, the establishment of the criteria for accurate measurement is investigated via a statistical analysis of experimental results. The magnitude of influence on measurement errors is severely affected by the number of paths, mounting angle of sensor, straight pipe length in sequence, and Reynolds number. Three-dimensional numerical analysis has been conducted to understand the flow patterns downstream of a double bent pipe. Numerical analysis shows that the results well agreed with the experimental ones in case of a sensor mounting angle of $0^{\circ}$ and L/D = 3, 5 of $45^{\circ}$, $135^{\circ}$ in a single path. As a result, when the Reynolds number is 700,000-1,400,000, the sensor error of a single-path ultrasonic flowmeter is reduced with the mounting condition of L/D = 3, $45^{\circ}$.
Finite element analysis is one of the important methods to study the structural performance. Due to the simplification, discretization and error of structural parameters, numerical model errors always exist. Besides, structural characteristics may also change because of material aging, structural damage, etc., making the initial finite element model cannot simulate the operational response of the structure accurately. Based on Bayesian methods, the initial model can be updated to obtain a more accurate numerical model. This paper presents the work on the field test, modal identification and model updating of a Chinese reinforced concrete pagoda. Based on the ambient vibration test, the acceleration response of the structure under operational environment was collected. The first six translational modes of the structure were identified by the enhanced frequency domain decomposition method. The initial finite element model of the pagoda was established, and the elastic modulus of columns, beams and slabs were selected as model parameters to be updated. Assuming the error between the measured mode and the calculated one follows a Gaussian distribution, the posterior probability density function (PDF) of the parameter to be updated is obtained and the uncertainty is quantitatively evaluated based on the Bayesian statistical theory and the Metropolis-Hastings algorithm, and then the optimal values of model parameters can be obtained. The results show that the difference between the calculated frequency of the finite element model and the measured one is reduced, and the modal correlation of the mode shape is improved. The updated numerical model can be used to evaluate the safety of the structure as a benchmark model for structural health monitoring (SHM).
Steel plate shear walls (SPSWs) are commonly utilized to provide lateral stiffness in high-rise structures. The simplified model is frequently used instead of the fine-scale model in the design of buildings with SPSWs. To predict the lateral strength of steel plate shear walls with diagonal stiffeners (DS-SPSWs), a simplified model is presented, namely the cross brace-strip model (CBSM). The bearing capacity and internal forces of columns for DS-SPSWs are calculated. In addition, a modification coefficient is introduced to account for the shear action of the thin plate. The feasibility of the CBSM is validated by comparing the numerical results with theoretical and experimental results. The numerical results from the CBSM and fine-scale model, which represent the bearing capacity of the DS-SPSW with varied stiffened plate dimensions, are in good accord with the theoretical values. The difference in bearing capacity between the CBSM and the fine-scale model is less than 1.35%. The errors of the bearing capacity from the CBSM are less than 5.67% when compared to the test results of the DS-SPSW. Furthermore, the shear and axial forces of CBSM agree with the results of the fine-scale model and theoretical analysis. As a result, the CBSM, which reflects the contribution of diagonal stiffeners to the lateral resistance of the SPSW as well as the effects on the shear and axial forces of the columns, can significantly improve the design accuracy and efficiency of buildings with DS-SPSWs.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.34
no.1
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pp.11-18
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2022
In order to improve the accuracy of particle tracking prediction techniques near the Korean Strait, this study compared and analyzed a particle tracking model based on a seawater flow numerical model and a machine learning based on a particle tracking model using field observation data. The data used in the study were the surface drifter buoy movement trajectory data observed in the Korea Strait, prediction data by machine learning (linear regression, decision tree) using the tide and wind data from three observation stations (Gageo Island, Geoje Island, Gyoboncho), and prediciton data by numerical models (ROMS, MOHID). The above three data were compared through three error evaluation methods (Correlation Coefficient (CC), Root Mean Square Errors (RMSE), and Normalized Cumulative Lagrangian Separation (NCLS)). As a final result, the decision tree model had the best prediction accuracy in CC and RMSE, and the MOHID model had the best prediction results in NCLS.
In coastal morphological modelling, there are a number of input factors: wave height, water depth, sand particle size, bed friction coefficients, coastal structures and so forth. Measurements or estimates of these input data may include uncertainties due to errors by the measurement or hind-casting methods. Therefore, it is necessary to consider the uncertainty of each input data and the range of the uncertainty during the evaluation of numerical results. In this study, three uncertainty factors are considered with regard to the prediction of coastal erosion in Ilsan beach located in Ilsan-dong, Ulsan metropolitan city. Those are wave diffraction effect of XBeach model, wave input scenario and the specification of the coastal structure. For this purpose, the values of mean wave direction, significant wave height and the height of the submerged breakwater were adjusted respectively and the followed numerical results of morphological changes are analyzed. There were erosion dominant patterns as the wave direction is perpendicular to Ilsan beach, the higher significant wave height, and the lower height of the submerged breakwater. Furthermore, the rate of uncertainty impacts among mean wave direction, significant wave height and the height of the submerged breakwater are compared. In the study area, the uncertainty influence by the wave input scenario was the largest, followed by the height of the submerged breakwater and the mean wave direction.
The research comprehensively studies the axial compression performance of T-shaped concrete-filled thin-walled steel tubular (CTST) long columns after fire exposure. Initially, a series of tests investigate the effects of heating time, load eccentricity, and stiffeners on the column's performance. Furthermore, Finite Element (FE) analysis is employed to establish temperature and mechanical field models for the T-shaped CTST long column with stiffeners after fire exposure, using carefully determined key parameters such as thermal parameters, constitutive relations, and contact models. In addition, a parametric analysis based on the numerical models is conducted to explore the effects of heating time, section diameter, material strength, and steel ratio on the axial compressive bearing capacity, bending bearing capacity under normal temperature, as well as residual bearing capacity after fire exposure. The results reveal that the maximum lateral deformation occurs near the middle of the span, with bending increasing as heating time and eccentricity rise. Despite a decrease in axial compressive load and bending capacity after fire exposure, the columns still exhibit desirable bearing capacity and deformability. Moreover, the obtained FE results align closely with experimental findings, validating the reliability of the developed numerical models. Additionally, this study proposes a simplified design method to calculate these mechanical property parameters, satisfying the ISO-834 standard. The relative errors between the proposed simplified formulas and FE models remain within 10%, indicating their capability to provide a theoretical reference for practical engineering applications.
To realistically simulate fluid, the Navier-Stokes equations are generally used. Solving these Navier-Stokes equations on the Eulerian framework, the non-linear advection terms invoke heavy computation and thus Semi-Lagrangian methods are used as an approximated way of solving them. In the Semi-Lagrangian methods, the locations of advection sources are traced and the physical values at the traced locations are interpolated. In the case of Stam's method, there are relatively many chances of numerical losses, and thus there have been efforts to correct these numerical errors. In most cases, they have focused on the numerical interpolation processes, even simultaneously using particle-based methods. In this paper, we propose a new approach to reduce the numerical losses, through improving the tracing method during the advection calculations, without any modifications on the Eulerian framework itself. In our method, we trace the grids with the velocities which will let themselves to be moved to the current target position, differently from the previous approaches, where velocities of the current target positions are used. From the intuitive point of view, we adopted the simple physical observation: the physical quantities at a specific position will be moved to the new location due to the current velocity. Our method shows reasonable reduction on the numerical losses during the smoke simulations, finally to achieve real-time processing even with enhanced realities.
As a parameter for hydrodynamic modeling to define the range of seawater intrusion, dispersivities are frequently determined from pre-experiments or theoretical studies because field experiments need a lot of time and expenses. If the dispersivities are inadequate for an aquifer, the numerical results may have some errors. We examined the validity of longitudinal dispersivities by comparing the ranges of seawater intrusion with numerical modeling, field data and apparent resistivity sections. In the numerical modeling the TDS distributions simulated by the Xu's longitudinal dispersivity are more similar to the values of TDS measured at monitoring wet]s and boreholes than those by the Neuman's longitudinal dispersivity. The ranges of seawater intrusion by numerical simulations using Xu's longitudinal dispersivity show that the contour line of 1000 ㎎/L. as TDS is located at 480 m from the coast in May, while at 390 m in July. The difference is originated from the shift of the interface between seawater and fresh water. It moved toward the coast in July because of the seasonal increase of hydraulic gradient according to rainfall. A contour line of 15 ohm-m was used to define the range of seawater intrusion in apparent resistivity sections. From this criterion on the interface between seawater and fresh water, the range of seawater intrusion is located at 450 m from the coast. This result is similar to the range of seawater intrusion simulated by the numerical modeling using Xu's dispersivity. Therefore the range of seawater intrusion shows the difference due to the dispersivities used for the hydrodynamic modeling and the dispersivity generated by the Xu's equation is considered more effective to decide the range of seawater intrusion in this study area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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