This paper deals with dynamic analysis of Pipeline Inspection Gauge (PIG) flow control in natural gas pipelines. The dynamic behaviour of PIG depends on the pressure differential generated by injected gas flow behind the tail of the PIG and expelled gas flow in front of its nose. To analyze dynamic behaviour characteristics (e.g. gas flow, the PIG position and velocity) mathematical models are derived. Tow types of nonlinear hyperbolic partial differential equations are developed for unsteady flow analysis of the PIG driving and expelled gas. Also, a non-homogeneous differential equation for dynamic analysis of the PIG is given. The nonlinear equations are solved by method of characteristics (MOC) with a regular rectangular grid under appropriate initial and boundary conditions. Runge-Kutta method is used for solving the steady flow equations to get the initial flow values and for solving the dynamic equation of the PIG. The upstream and downstream regions are divided into a number of elements of equal length. The sampling time and distance are chosen under Courant-Friedrich-Lewy (CFL) restriction. Simulation is performed with a pipeline segment in the Korea gas corporation (KOGAS) low pressure system. Ueijungboo-Sangye line. The simulation results show that the derived mathematical models and the proposed computational scheme are effective for estimating the position and velocity of the PIG with a given operational condition of pipeline.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권5호
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pp.717-727
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2004
In this study, we simulate the aerodynamic sounds generated by a two-dimensional circular cylinder in a uniform flow are simulated by applying the finite difference lattice Boltzmann method (FDLBM). The third-order-accurate up-wind scheme (UTOPIA) is used for the spatial derivatives. and the second-order-accurate Runge-Kutta scheme is applied for the time marching. The results show that we successively capture very small acoustic pressure fluctuations with the same frequency of the Karman vortex street compared with the Pressure fluctuation around a circular cylinder The propagation velocity of the acoustic waves shows that the points of peak pressure are biased upstream due to the Doppler effect in the uniform flow For the downstream. on the other hand. it quickly Propagates. It is also apparent that the amplitude of sound Pressure is Proportional to $r^{-1/2}$, r being the distance from the center of the circular cylinder. To investigate the effect of the lattice dependence furthermore a 2D computation of the tone noise radiated by a NACA0012 with a blunt trailing edge at high incidence and low Reynolds number is also investigated.
In this study, 2D computations of the Aeolian tones for some obstacles (circular cylinder, square cylinder and NACA0012 airfoil) are simulated. First of all, we calculate the flow noise generated by a uniform flow around a two-dimensional circular cylinder at Re=150 are simulated by applying the finite difference lattice Boltzmann method (FDLBM). The third-order-accurate up-wind scheme (UTOPIA) is used for the spatial derivatives, and the second-order-accurate Runge-Kutta scheme is applied for the time marching. The results show that we successively capture very small acoustic pressure fluctuation with the same frequency of the Karman vortex street compared with the pressure fluctuation around a circular cylinder. The propagation velocity of the acoustic waves shows that the points of peak pressure are biased upstream due to the Doppler effect in the uniform flow. For the downstream, on the other hand, it is faster. To investigate the effect of the lattice dependence, furthermore, simulations of the Aeolian tones at the low Reynolds number radiated by a square cylinder and a NACA0012 airfoil with a blunt trailing edge at high incidence are also investigated.
The semi-analytical method to study the nonlinear dynamic behavior of simply supported spiral stiffened functionally graded (FG) cylindrical shells subjected to an axial compression is presented. The FG shell is surrounded by damping and linear/nonlinear elastic foundation. The proposed linear model is based on the two-parameter elastic foundation (Winkler and Pasternak). A three-parameter elastic foundation with hardening/softening cubic nonlinearity is used for nonlinear model. The material properties of the shell and stiffeners are assumed to be FG. Based on the classical plate theory of shells and von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ nonlinear equations, smeared stiffeners technique and Galerkin method, this paper solves the nonlinear vibration problem. The fourth order Runge-Kutta method is used to find the nonlinear dynamic responses. Results are given to consider effects of spiral stiffeners with various angles, elastic foundation and damping coefficients on the nonlinear dynamic response of spiral stiffened simply supported FG cylindrical shells.
This paper introduces modeling and solution for the dynamics of pipeline inspection gauge (PIG) flow in natural gas pipeline. Without of bypass flow, the dynamic behavior of the PIG depends on the different pressure between the rear and nose parts, which is generated by injected gas flow behind the tail of the PIG and expelled gas flow in front of its nose. With bypass flow, the PIG dynamics also depends on the amount of bypass flow across its body. The mathematical model are derived for unsteady compressible flow of the PIG driving and expelled gas, and for dynamics of the PIG. The bypass flow is assumed to be incompressible with the condition of its Mach number smaller than 0.45. The method of characteristic (MOC) and the Runge-Kutta method are used to solve the system governing equations. The simulation is performed with a pipeline segment in the Korea Gas Corporation (KOGAS) low pressure system, Ueijungboo-Sangye line. The simulation results show that the derived mathematical model and the proposed solution are effective for estimation the dynamics of the PIG with and without bypass flow under given operational condition.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제3권1호
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pp.74-85
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2002
The numerical experiment has been conducted to investigate the unsteady shock wave reflecting phenomena. The cell-vertex finite-volume, Roe's upwind flux difference splitting method with unstructured grid is implemented to solve unsteady Euler equations. The $4^{th}$-order Runge-Kutta method is applied for time integration. A linear reconstruction of the flux vector using the least-square method is applied to obtain the $2^{nd}$-order accuracy for the spatial derivatives. For a better resolution of the shock wave and slipline, the dynamic grid adaptation technique is adopted. The new concept of grid adaptation technique, which is much simpler than that of conventional techniques, is introduced for the current study. Three error indicators (divergence and curl of velocity, and gradient of density) are used for the grid adaptation procedure. Considering the quality of the solution and the numerical efficiency, the grid adaptation procedure was updated up to $2^{nd}$ level at every 20 time steps. For the convenience of comparison with other experimental and analytical results, the case of interaction between the straight incoming shock wave and a sharp wedge is simulated for various flow conditions. The numerical results show good agreement with other experimental and analytical results, in the shock wave reflecting structure, slipline, and the trajectory of the triple points. Some critical cases show disagreement with the analytical results, but these cases also have been proven to show hysteresis phenomena.
Arches are one of the most important basic structural units as well as the beams, columns and plates. Most complicated structures consist of only these basic units and therefore it is very attractive research subject to analysis both the static and dynamic behavior of such units including the arches. This study deals with the free vibration of arbitrary shaped arches. In order to obtain the exactly arch shape, which surveyed (x, y) of neutral axis of arbitrary shaped arches are compared to various shape of arch: circular, parabolic, sinusoidal, elliptic, spiral and cartenary. The differential equations governing free vibrations of arches are merely adopted in the open literature rather than deriving the equations in this study. The Taylor series method is used as the numerical differential scheme. The Runge-Kutta method and the Regula-Falsi method, respectively, are used to integrate the governing differential equations and to compute the natural frequencies It is expected that results obtained herein can be practically utilized in the fields of vibration control.
구조물의 탄성을 고려한 탱크내 유동은 자유수면을 갖는 유체와 탄성변형하는 구조물이 연성된 시스템으로서 유체유동으로 인한 과도한 구조물변형, 유체의 부가질량 및 부가감쇠력에 의한 구조물의 동특성변화, 구조물 진동으로 인한 유체유동의 왜곡 등이 복합된 비선형 해석이 요구된다. 본 논문에서는 탱크 벽을 1자유도 수평운동하는 강체로 가정하였으며 Lagrangian 유한요소법을 이용하여 유동해석을 수행하였고 유체-구조물 연성문제의 수치적분을 위하여 조합된 implicit-explicit 알고리듬을 도입하였다. 탱크벽의 동특성 변화에 따른 유체-구조물연성 탱크의 동특성변화를 관찰하였으며 파도생성 문제에 관한 수치계산을 수행하였다.
In this study, the nonlinear vibration analysis of the composite nanoplate is studied. The composite nanoplate is fabricated by the functional graded (FG) core and lipid face sheets. The material properties in the FG core vary in three directions. The Kelvin-Voigt model is used to study the viscoelastic effect of the lipid layers. By using the Von-Karman assumptions, the nonlinear differential equation of the vibration analysis of the composite nanoplate is obtained. The foundation of the system is modeled by the nonlinear Pasternak foundation. The Bubnov-Galerkin method and the multiple scale method are used to solve the nonlinear differential equation of the composite nanoplate. The free and force vibration analysis of the composite nanoplate are studied. A comparison between the presented results and the reported results is done and good achievement is obtained. The reported results are verified by the results which are obtained by the Runge-Kutta method. The effects of different parameters on the nonlinear vibration frequencies, the primary, the super harmonic and subharmonic resonance cases are investigated. This work will be useful to design the nanosensors with high biocompatibility.
The impact problem of imperfect beams is crucial in engineering fields such as water conservancy and transportation. In this paper, the low velocity impact of graphene reinforced metal foam beams with geometric defects is studied for the first time. Firstly, an improved Hertz contact theory is adopted to construct an accurate model of the contact force during the impact process, while establishing the initial conditions of the system. Subsequently, the classical theory was used to model the defective beam, and the motion equation was derived using Hamilton's principle. Then, the Galerkin method is applied to discretize the equation, and the Runge Kutta method is used for numerical analysis to obtain the dynamic response curve. Finally, convergence validation and comparison with existing literature are conducted. In addition, a detailed analysis was conducted on the sensitivity of various parameters, including graphene sheet (GPL) distribution pattern and mass fraction, porosity distribution type and coefficient, geometric dimensions of the beam, damping, prestress, and initial geometric defects of the beam. The results revealed a strong inhibitory effect of initial geometric defects on the impact response of beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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