Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제23권6호
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pp.770-777
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1999
In this study a phase diagram has been used to investigate the unsteadiness of two-dimensional lid-driven closed flows within a square cavity for twelve Reynolds numbers; $7.5{\times}10^3,\; 8{\times}10^3,\; 8.5{\times}10^3,\; 9{\times}10^3,\; 9.5{\times}10^3,\; 10^4,\;1.5{\times}10^4,\;2{\times}10^4,\; 3{\times}10^4,\; 7.5{\times}10^4$ and $10^5$. The results indicate that the first critical Reynolds number at which the flow unsteadiness of sinusoidal fluctuation appears from the temporal variation of total kinetic energy curves is assumed of sinusoidal fluctuation appears form the temporal variation of total kinetic energy curves is assumed to be in the neigh-bourhood of $Re=8.5{\times}10^3$ The second critical Reynolds number where the periodic amplitude and frequency collapse to random disturbance being existed around $Re=1.5{\times}10^4$ The exponentially decreasing vortices formed at the lower two corners are found commonly at the time-mean flow pattern of $Re=3{\times}10^4$.
The purpose of this study is to find the analytic solution for determining the optimal capacity (lot-size) of a batch-storage network to meet the finished product demand under infrequent shutdowns. Batch processes are bound to experience random but infrequent operating time losses. Two common remedies for these failures are duplicating another process or increasing the process and storage capacity, both of which are very costly in modern manufacturing systems. An optimization model minimizing the total cost composed of setup and inventory holding costs as well as the capital costs of constructing processes and storage units is pursued with the framework of a batch-storage network of which flows are susceptible to infrequent shutdowns. The superstructure of the plant consists of a network of serially and/or parallel interlinked batch processes and storage units. The processes transform a set of feedstock materials into another set of products with constant conversion factors.A novel production and inventory analysis method, the PSW (Periodic Square Wave) model, is applied. The advantage of the PSW model stems from the fact it provides a set of simple analytic solutions in spite of a realistic description of the material flow between processes and storage units. The resulting simple analytic solution can greatly enhance a proper and quick investment decision at the early plant design stagewhen confronted with diverse economic situations.
Variations of temperature field in a Hele-Shaw convection cell (HSC) were measured using a holographic interferometry with varying Rayleigh number. Experimental results show a steady flow pattern at low Rayleigh numbers and a time-dependent periodic flow at high Rayleigh numbers. Especially, the period of oscillation at Ra = 6.35 $\times$ 10$^{6}$ was 62 seconds. Two different measurement methods of holographic interferometry, double-exposure method and real-time method, were employed to measure the temperature field variations of HSC convective flow. In the double-exposure method, unwanted waves can be eliminated and reconstruction images are clear, but transient flow structure cannot be observed clearly. On the other hand, transient flow can be observed and reconstructed well using the real-time method. However, the fringe patterns reconstructed by the real-time method contain more noise, compared with the double-exposure method. The two holographic interferometer techniques employed complementary in this study were proved to be useful fur analyzing the temperature field variations of unsteady thermal fluid flows.
A new technique giving significant drag reduction in turbulent shear flows has been proposed by using the buoyancy effect to generate periodic spanwise motion. Such spanwise motion can be obtained by arranging heating and cooling strips periodically aligned in the spanwise direction of a vertical channel, where the streamwise mean flow is perpendicular to the gravity vector The strip size has been changed in order to obtain the optimum size corresponding to the maximum drag reduction. The bulk Reynolds number, $ Re_{m} = U_{m} \delta / \nu \$ is fixed at 2270 while Grashof numbers is changed between $10^{6}$ to $10^{7}$. As Grashof number increases, considerable drag reduction can be obtained, At the highest Grashof number, an optimum strip size of about 250 wail units gives drag reduction of about 35$\%$. The greater the Grashof number, the smaller the strip size attains the maximum drag reduction.
Converging flows of a gas and a liquid at a microchannel cross junction, under proper conditions, can result in the formation of periodic, dispersed microslugs. This microslug formation phenomenon has been proposed as the basis for a fuel injection system in a novel, 'discrete' monopropellant microthruster designed for use in next-generation miniaturized satellites. Previous experimental studies demonstrated the ability to generate fuel slugs with characteristics commensurate with the intended application during steady-state operation. In this work, numerical and experimental techniques are used to study the effect of valve actuation on slug characteristics, and the results are used to compare with equivalent steady-state slugs. Computational simulations of a valve with a 1 ms valve-actuation cycle show that as the ratio of the response time of the valve to the fully open time is increased, transient effects can increase slug length by up to 17%. The simulations also demonstrate that the effect of the valve is largely independent of surface tension coefficient, which is the thermophysical parameter most responsible for slug formation characteristics. Flow visualization experiments performed using a miniature valve with a 20 ms response time showed less than a 1% change in the length of slugs formed during the actuation cycle. The results of this study indicate that impulse bit and thrust calculations can discount transient effects for slower valves, but as valve technology improves transient effects may become more significant.
Recently, the use of numerical simulation has been increased rapidly because of the development of high performance computer systems. The present study is aimed to investigate flow characteristics of a two-dimensional sharp plane. Unsteady calculation by FDM(Finite Difference Method) based upon SOLA scheme which was performed at $Re=2{\times}10^4$in viscous incompressible flow within a finite domain on the irregular grid formation. Total numbers of irregular grids are $8{\times}10^4$. The minimum grid size is 1/100 of the plane length L which is the representative length. The inclined angles of every objects are $15^{\circ}, \;30^{\circ}\;and\; 45^{\circ}.$ And, the edge angle of the plane is $30^{\circ}.$ This study discussed the flow characteristics in term of the turbulent intensity, vorticity and frequency analysis. Developed flows show that the periodic Karman vortices occur at the back of the plane.
Periodic pulsations in the static pressure near turbine surfaces as blade rows move relative to each other is one of the important sources of turbine unsteadiness. The present experiment aims to investigate the effect of the static pressure pulsations on the interaction of film coolant flows from two rows of staggered holes with mainstream and its effect on film cooling heat transfer. Potential flow pulsations are generated by the rotating shutter mechanism installed downstream of the test section, The free-stream Strouhal number based on the boundary layer thickness is in the range of 0.033 - 0.33, and the amplitude of about 10-20%. Measured are time-averaged and phase-averaged velocity variations, pressure variations and temperature distributions of the flow field. Experimental conditions are identified by boundary layer measurements. Injectant behavior is characterized by the measurements of unsteady pressure in the plenum chamber and free-stream static pressure. The film cooling effectiveness is evaluated from the insulated wall temperature measurement. It has been found that bulk flow pulsation provides very large diffusion of the injectants and the effectiveness is significantly reduced by the flow pulsations.
In the fully developed internal flow fields, there are complex transition flows caused by interaction of the cross flow and jet when jet is Injected Into the flow. These interactions are studied by means of the flow visualization methods. An instantaneous laser tomographic method is used to reveal the physical mechanism and the structure of vortices formation in the branch pipe flow. The velocity range of cross flow of the pipe is 0.7m/s and the corresponding Reynolds number $R_{cf}$, based on the duct height is $5.6{\times}10^3$, diameter/height ratios(d/H) 0.14 and velocity ratios 3.0. Oil mist with the size of $10{\mu}m$ diameter is used for the scattering particle. The instantaneous topological features of the vortex ring roll-up of the jet shear layer and characteristics of this flow are studied in detail by performing flow visualization in rectangular duct flow. It is found that the formation and roll-up of ring vortices is a periodic phenomenon. The detailed topology of the vortices in the near field of a cross -flow jet and the mechanism associated with them give enforced hints of vortex breakdown within the vortex system due to the interaction of the jet and the cross-flow.
A stereoscopic PIV (SPIV) measurement system based on the translation configuration was developed and applied to the flow behind a forward-swept axial-fan. Measurement of three orthogonal velocity components is essential for flow analysis of three-dimensional flows such as flow around a fan or propeller. In this study, the translation configuration was adopted to calculate the out-of-plane velocity component from 2-D PIV data obtained from two CCD cameras. The error caused by the out-of-plane motion was estimated by direct comparison of the 2-D PIV and 3-D SPIV results that measured from the particle images captured simultaneously. The comparison shows that the error ratio is relatively high in the region of higher out-of-plane motion near the axial fan blade. The turbulence intensity measured by the 2-D PIV method is bigger by about 5.8% in maximum compared with that of the 3-D SPIV method. The phase-averaged velocity field results show that the wake behind an axial fan has a periodic flow structure with respect to the blade phase and the characteristic flow structure is shifted downstream in the next phase.
As Simpson et al. (1990) emphasized the importance of the straining process in the stratification and mixing in the estuarine circulation process, various researches have investigated on the relative contribution of each process to the overall potential energy anomaly dynamics. However, many numerical works have done only for two dimensional modeling along channel or the short distance cross sectional three dimensional simulations as Burchard et al. (2008) and the estuarine channel was not simulated so far. But, in the study on the physics of shallow coastal seas, spatial dimension in the three dimensional way affects significantly on results of a particular numerical model. Therefore, the comparison of two and three dimensional models is important to understand the real physics of mixing and stratification in an estuary. Also, as Geyer and MacCready (2013) pointed out that the lateral process seems to be important in determining the periodic stratifications, to study such process the three dimensional modeling must be required. The present study uses a numerical model to show the signification roles of each term of the time-dependent dynamic equation for the potential energy anomaly (PEA) in controlling along and lateral channel flows and different stratification structures. Moreover, we present the relationships between the ${\Phi}$-advection, the depth mean straining, vertical mixing and vertical advection can explain well how water level, salinity distribution and across velocity 2D model are slightly different from 3D.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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