Xu, Chen;Jing-Lei, Zhao;Gui-Lin, She;Yan, Jing;Hua-Yan, Pu;Jun, Luo
Steel and Composite Structures
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v.45
no.5
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pp.641-652
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2022
Fluid-conveying tubes are widely used to transport oil and natural gas in industries. As an advanced composite material, functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTRC) have great potential to empower the industry. However, nonlinear free vibration of the FG-CNTRC fluid-conveying pipe has not been attempted in thermal environment. In this paper, the nonlinear free vibration characteristic of functionally graded nanocomposite fluid-conveying pipe reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWNTs) in thermal environment is investigated. The SWCNTs gradient distributed in the thickness direction of the pipe forms different reinforcement patterns. The material properties of the FG-CNTRC are estimated by rule of mixture. A higher-order shear deformation theory and Hamilton's variational principle are employed to derive the motion equations incorporating the thermal and fluid effects. A two-step perturbation method is implemented to obtain the closed-form asymptotic solutions for these nonlinear partial differential equations. The nonlinear frequencies under several reinforcement patterns are presented and discussed. We conduct a series of studies aimed at revealing the effects of the flow velocity, the environment temperature, the inner-outer diameter ratio, and the carbon nanotube volume fraction on the nature frequency.
Thermal-fluid analysis is performed numerically to figure out the characteristics of heat transfer in a thermosyphon varying with the aspect ratio of geometry and the filling ratio of working fluid. The computational results are reasonable compared with the experimental data and visualized. The thermal resistance and the convective heat transfer coefficients are evaluated with the aspect ratio of thermosyphon and the filling ratio of working fluid, respectively. In conclusion, the thermal resistance decreases as the length of evaporator increases. However, the variation of a condenser length is nearly independent on the thermal resistance. In order to raise the performance of thermosyphon, the working fluid needs to be filled over 75%. In addition, Nusselt numbers in the evaporator and the condenser show 275 and 304, respectively.
Kim, Ji-Ho;Lee, Jeong-Gun;Lee, Ki-Sik;Rhee, Wook;Lee, Hyang-Beom
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.62
no.1
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pp.6-11
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2013
In this paper, the temperature characteristics of mold transformer for the distribution power system have been analyzed by using computational fluid dynamics(CFD). The model has been modeled by coil, cores, insulating materials and frames about 3MVA grade mold transformer and analyzed the temperature distribution of the structure with a heat fluid. The fluid, which is incompressible ideal gas, is analyzed as a turbulent flow phenomenon on the assumption that it is natural cooling of transformer cooling system. Through this study, by examining the temperature distribution and hot-spot of the structure field of the mold transformer, cooling design and temperature distribution information, which are demanded for designing are estimated.
There are multistage preheaters in the power generation plan to improve the thermal efficiency of the plant and to prevent the components from the thermal shock. The energy source of these heaters comes from the extracted two phase fluid of working system. These two-phase fluid can cause the so-called Flow Accelerated Corrosion(FAC) in the extracting piping and the bubble plate of the heater for example, in case of point Beach Nuclear Power Plant and in the Wolsung Nuclear Power Plant. The FAC is due to the mass transport of the thin oxide layer by the convection. FAC is dependent on many parameters such as the operation temperature, void fraction, the fluid velocity and pH of fluid and so on. Therefore, in this paper velocity was calculated by FLUENT code in order to find out the root cause of the wall thinning of the feedwater heaters. It also includeed in the fluid mixing analysis model are around the number 5A feedwater heater shell including the extraction pipeline. To identify the relation between the local velocities and wall thinning, the local velocities according to the analysis results were compared with distribution of the shell wall thicknes by ultrasonic test.
It has been shown that a nanofluid consisting of nanoparticles dispersed in base fluid has much higher effective thermal conductivity than pure fluid. In this study, four kinds of nanofluids such as multiwalled carbon nanotube (MWCNT) in water, CuO in water, SiO2in water, and CuO in ethylene glycol, are produced. Their thermal conductivities are measured by a transient hot-wire method. The thermal conductivity of water-based MWCNT nanofluid is shown to be increased by up to 11.3% at a volume fraction of 0.01. The measured thermal conductivities of MWCNT nanofluids are higher than those calculated with Hamilton-Crosser's model due to neglecting solid-liquid interaction at the interface. The results show that the thermal conductivity enhancement of nanofluids depends on the thermal conductivities of both particles and the base fluid. Stability of nanofluids is estimated by UV-vis spectrum analysis. Stability of nanofluid depends on the type of base fluid and the suspended particles. Also it can be improved in addition of a surfactant.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.12
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pp.1627-1633
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2011
Injection molds are generally fabricated by assembling a number of plates in which the core and cavity components are assembled. This assembled structure has a number of contact interfaces where the heat transfer characteristics are affected by thermal contact resistance. In previous studies, numerical approaches were investigated to predict the effect of thermal contact resistance on the temperature distribution of injection molds. In this study, thermal-fluid coupled numerical analyses are performed to take into account the thermal contact effect on the numerical evaluation of the mold filling characteristics. Comparisons with experimental results show that the proposed coupled analysis provides more reliable results than the conventional analyses in predicting the mold filling characteristics by taking into account the effect of thermal contact resistance inside the injection mold assembly.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.385-395
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2009
In this study, a series of numerical analysis has been accomplished on the thermal performance and sectional efficiency of a closed-loop vertical ground heat exchanger (U-loop) in a geothermal heat pump system (GHP) considering the circulating fluid, pipe, grout and soil formation. A finite element analysis program, ABAQUS, was employed to evaluate the temperature distribution on the cross section of the U-loop system involving HDPE pipe/grout/formation and to compare sectional efficiency between the conventional U-loop and a new latticed HDPE pipe system. Especially, the latticed pipe is equipped with a thermal insulation zone in order to reduce thermal interference between the inflow pipe and the outflow pipe. Also, a thermal stress analysis was performed with the aid of ABAQUS. 3-D finite volume analysis program, FLUENT, was adapted to analyze a coupled system between fluid circulation in the pipe and heat transfer and simulate an operating process of the closed-loop vertical ground heat exchanger. In this analysis, the effect of the thermal properties of grout, rate of circulation pump, distance between the inflow pipe and the outflow pipe, and the effectiveness of the latticed HDPE pipe system are taken into account.
Kim, Kyung-Min;Lee, Dong-Hyun;Cho, Hyung-Hee;Kim, Moon-Young
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.1
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pp.55-60
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2009
The present study investigated temperature and thermal stress distributions in a film cooling system with normal injection cooling flow. 3D-numerical simulations using the FEM commercial code ANSYS were conducted to calculate distributions of temperature and thermal stresses. In the simulations, the surface boundary conditions used the surface heat transfer coefficients and adiabatic wall temperature which were converted from the Sherwood numbers and impermeable wall effectiveness obtained from previous mass transfer experiments. As a result, the temperature gradients, in contrast to the adiabatic wall temperature, were generated by conduction between the hot and cold regions in the film cooling system. The gradient magnitudes were about 10~20K in the y-axis (spanwise) direction and about 50~60K in the x-axis (streamwise) direction. The high thermal stresses resulting from this temperature distribution appeared in the side regions of holes. These locations were similar to those of thermal cracks in actual gas turbines. Thus, this thermal analysis can apply to a thermal design of film cooling holes to prevent or reduce thermal stresses.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.6
no.4
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pp.81-85
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2007
A safety valve is used for protecting the pressure vessel and facilities by discharging the operating fluid into the valve from the accident when the pressure is over the designated value. The fluid is sulfurous acid and nitric acid. etc. in the semi-conductor assembly line. Thus the valve elements material must be acid resistance. Teflon, which is used generally as inner parts of a valve, tends to easily sticks to sliding surface by thermal expansion under high temperature. Some studies are performed to change teflon to another material and shape to have a better fluidity under the condition. The analysis of the thermal expansion is conducted by commercial FEM software to improve the problems. Boundary conditions were temperature and load in this study. From the analysis, the thermal expansion of stainless steel is verified to be lower than that of teflon under high temperature. Thus coupled teflon/stainless steel-made valve is applied to assembly line without danger due to thermal expansion.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.15
no.2
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pp.38-43
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2006
A turbine blade operates under high temperature, high pressure, and the loads have the characteristics that the amplitudes change. Therefore, it is important to perform a stress analysis considering thermal and pressure loads. The purpose of this study is to investigate the effects of these loads on gas turbine blade through thermal stress analysis. The analysis results shows that pressure in gas fluid flow around blade is high in leading edge part, Gas temperature is connections with pressure of flow around blade. The distribution of stress from blade is appearing as is different at suction side and pressure side.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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