An analytical model of liquid sloshing is developed to consider the energy-loss effect through a partially submerged porous baffle in a horizontally oscillating rectangular tank. The nonlinear boundary condition at the porous baffle is derived to accurately capture both the added inertia effects and the energy-loss effects from an equivalent non-linear drag law. Using the eigenfunction expansion method, the horizontal hydrodynamic force (added mass, damping coefficient) on both the wall and baffle induced by the fluid motion is assessed for various combinations of porosity, submergence depth, and the tank's motion amplitude. It is found that a negative value for the added mass and a sharp peak in the damping curve occur near the resonant frequencies. In particular, the hydrodynamic force and free surface amplitude can be largely reduced by installing the proper porous baffle in a tank. The optimal porosity of a porous baffle is near P=0.1.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.833-847
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2021
The horizontal porous baffle and its effect as an anti-slosh device have been investigated intensively in a swaying and rolling rectangular tank. To accurately assess the level at which porous baffles reduce liquid sloshing, the Matched Eigenfunction Expansion Method (MEEM) has been utilized as an analytical tool. The velocity potentials in the horizontal baffle-covered fluid region are expressed by the sum of the homogeneous and particular solutions to avoid solving the complex dispersion equation. By applying an equivalent linearized quadratic loss model, the nonlinear algebraic equation is derived and solved by implementing the Newton-Raphson iterative scheme. To prove the validity of the present theoretical model, a series of experiments have been conducted with different centered horizontal porous baffles with varying porosities and submerged depths in a swaying and rolling rectangular tank. Reasonably good agreements are obtained regarding the analytical solutions and the experiment's findings. The influence of porosity, submerged depth, and length of a centered horizontal porous baffle on anti-slosh performance have been analyzed, especially at resonance modes. The developed predictive tool can potentially provide guidelines for optimal design of the horizontal porous baffle.
A variety of inner baffles are often installed to reduce liquid sloshing and prevent tank damage. In particular, a porous baffle has a distinct advantage in reducing sloshing by changing the natural periods and dissipating the wave energy in a tank. In model tests, porous baffles with five different porosities were installed vertically in a liquid tank under sway motion. The free surface elevations and pressures were measured using an image processing technique and a pressure gage for various combinations of baffle's porosity and submergence depth, and tank's amplitude and period. The experimental results were in good agreement with the analytic solutions (Cho, 2015), with the exception of a quantitative difference at resonant periods. The experimental results showed that the sloshing characteristics in a tank were closely dependent on both the porosity and submergence depth of the baffle, and the optimal porosity existed near P = 0.1275.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.7
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pp.581-588
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2014
The inlet/outlet flow in the tube-side of the shell and tube heat exchanger was experimentally measured to investigate the effect of the porous baffle on uniform flow distribution. A 1/3rd scale-downed model of a heat exchanger was used and particle image velocimetry was applied for measuring the instantaneous velocity vector fields. The absolute errors in the flow rate were calculated and compared for the tube-side with and without the porous baffle, by varying the flow rate from 60 to 90 LPM. The results revealed that the porous baffle can improve flow uniformity and reduce the absolute error in the flow rate of the model with the baffle by about 74%, compared to that without the baffle. This result can be used for improving the performance and design of the shell and tube heat exchanger.
Flow uniformity in aftertreatment system is an important factor in determining uniform catalytic reaction and filtration. In this study, variety types of DOC-DPF system design were analyzed to increase flow uniformity. For this analysis, ANSYS Fluent was used with porous media setup for DOC and DPF. Turbulent flow was modeled by standard $k-{\varepsilon}$ model excepting porous media. Uniformity index was utilized to evaluate the flow uniformity quantitatively. Reference design showed low velocity region because two large vortex were generated before baffle. When radius of DOC-DPF system was increased, exhaust pressure acting on the inlet decreases and velocity distribution was shifted to one side. When inlet pipe was set to axial center of DOC-DPF system velocity distribution was symmetric. However, flow was not dissipated until the front end of DOC and showed higher uniformity index. When the volume of DOC was reduced while fixed volume of entire DOC-DPF system and baffle plate is located downstream of the DOC-DPF system, there was improvement in uniformity index.
Porous metal plates (Metal fiber, muti-hole metal plate) using mainly in surface burner are known to have a corrosion and durability problem under high temperature condition. In this study, premixed flat flame with perforated ceramic tile of more durable cordierite material was examined with respect to combustion stability and emission. The flat premixed ceramic burner consists of perforated ceramic tile and various type of baffle plates to form stable surface flame. The results show that most stable flat flame is generated using baffle plate with open ratio of 0.193. In downward flat flame mode which is widely used in condensing boiler, CO is measured below 50ppm from equivalence ratio 0.755 to 0.765 and $NO_X$ is measured below 12ppm from equivalence ratio 0.75 to 0.79. It is also found that the range of blue flame in flame stability curve becomes wider with increasing heat capacity.
In this study, the internal flow field of SCR Denitrification Plant was simulated by using Computational Fluid Dynamics(CFD). In order to analyze the uniformity of flow field, an interpretation on the pre-existing facilities was performed, and some moot points were identified and compensated through this analysis. The compensatory methods include the installation of the Porous Plate below the bottom of the Baffle to create uniform flow and also, and the Guide Vane was also placed in the bend of pipe to guide the flow uniformly. Lastly, the Baffle was installed to deduct equalized space distribution of the air flow, initially flowed into the SCR Plant.
Feedwater heaters of many nuclear power plants have recently experienced severe wall thinning damage, which will increase as operating time progresses. Several nuclear power plants in Korea have experienced wall thinning damage in the area around the impingement baffle - installed downstream of the high pressure turbine extraction steam line - inside number 5A and 5B feedwater heaters. At that point, the extracted steam from the high pressure turbine is two phase fluid at high temperature, high pressure, and high speed. Since it flows in reverse direction after impinging the impingement baffle, the shell wall of the number 5 high pressure feedwater heater may be affected by flow-accelerated corrosion. This paper describes the comparisons between the numerical analysis results using the FLUENT code and the down scale experimental data which effect on disclosing of the shell wall thinning of the high pressure feedwater heaters by porous plate.
In this study, computational fluid dynamics was used to analyze the flow bias generated as air supplied by a fan passes through ducts, piping, and a coal separation screen. The flow bias of the air flow is mostly caused by the spatial characteristics of the fan volute and duct, and the internal baffle and the coal separation screen at the outlet cause strong pressure losses that dampen the flow bias. ANSYS CFX was used for computational fluid dynamics, and since the baffle and the coal separation screen are shaped like perforated plates with many small holes uniformly distributed, actual modeling for analysis was not possible. Therefore, the Porous Loss Model was applied. The evaluation of the flow bias was analyzed based on the velocity distribution of the Porous Loss Model at the outlet surface of the coal separation screen obtained from the computational fluid dynamics results.
The sloshing tank causes the instability of the fluid flows and the fluctuation of the impact pressure by the liquid on the tank. These flow characteristics inside the sloshing tank can generate the uncomfortable sloshing noise. In the present study, a numerical analysis for the reduction of a fuel tank sloshing noise was performed. To simulate the flow characteristics in a sloshing tank with partially filled liquid, a VOF method was used for interfacial flows by applying a momentum source term for the sloshing motion in a non-inertial reference frame. This numerical method was verified by comparing its results with the available experimental data. For the reduction of the sloshing noise, the horizontal and vertical baffles and porous media inside a sloshing tank were considered and numerically analyzed in the present study. For various installations of these baffles and porous media, the characteristics of the liquid behavior in the sloshing tank were obtained along with the impact pressure on the wall and the height of the free surface along the wall. These basic results can be used for the design of the actual vehicular fuel tank with the reduced sloshing noise.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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