A new geothermal energy source obtained from a tunnel structure has been studied in this paper. The geothermal energy is extracted through a textile-type ground heat exchanger named "Energy Textile" that is installed between a shotcrete layer and a guided drainage geotexitle. A test bed was constructed in an abandoned railway tunnel to verify the geothermal heat exchanger system performed by the energy textile. To evaluate the applicability of the energy textile, we measured the thermal conductivity of shotcrete and lining samples which were prepared in accordance with a common mixture design. An overall performance of the energy textile installed in the test bed was evaluated by carrying out a series of in-situ thermal response test. In addition, a 3-D finite volume analysis (FLUENT) was adopted to simulate the operation of the ground heat exchanger being encased in the energy textile with the consideration of the effect of the shotcrete and lining thermal conductivity.
This paper describes a 2D nonlinear finite element analysis (NLFEA) platform that combines heat flow analysis with realistic analysis of cracked reinforced concrete structures. The behavior models included in the structural analysis are mainly based on the Modified Compression Field Theory and the Distributed Stress Field Model. The heat flow analysis takes into account time-varying thermal loads and temperature-dependent material properties. The capability of 2D nonlinear transient thermal analysis is then implemented into a nonlinear finite element analysis program VecTor2(C) for 2D reinforced concrete membranes. Analyses of four numerical examples are performed using VecTor2, and results obtained indicate that the suggested nonlinear finite element analysis procedure is capable of modeling the complete response of a concrete structure to thermal and mechanical loads.
This article investigates the response of Integral Abutment Bridges (IAB) when subjected to a sequence of seasonal thermal loading of the deck followed by ground seismic shaking in the longitudinal direction. Particular emphasis is placed on the effect of pre-seismic thermal Soil-Structure Interaction (SSI) on the seismic performance of the IAB, as well as on the ability of various backfills configurations, to minimize the unfavorable SSI effects. A series of two-dimensional numerical analyses were performed for this purpose, on a complete backfill-integral bridge-foundation soil system, subjected to seasonal cyclic thermal loading of the deck, followed by ground seismic shaking, employing ABAQUS. Various backfill configurations were investigated, including conventional dense cohesionless backfills, mechanically stabilized backfills and backfills isolated by means of compressive inclusions. The responses of the investigated configurations, in terms of backfill deformations and earth pressures, and bridge resultants and displacements, were compared with each other, as well as with relevant predictions from analyses, where the pre-seismic thermal SSI effects were neglected. The effects of pre-seismic thermal SSI on the seismic response of the coupled IAB-soil system were more evident in cases of conventional backfills, while they were almost negligible in case of IAB with mechanically stabilized backfills and isolated abutments. Along these lines, reasonable assumptions should be made in the seismic analysis of IAB with conventional sand backfills, to account for pre-seismic thermal SSI effects. On the contrary, the analysis of the SSI effects, caused by thermal and seismic loading, can be disaggregated in cases of IAB with isolated backfills.
본 연구에서는 일련의 현장 열응답 시험결과를 동일한 지중열교환기와 지반 조건에 대한 CFD(Computational Fluid Dynamics) 수치해석 결과와 비교하고 역해석을 통해 지반의 열전도도를 평가하였다. 총 6개의 보어홀을 원주에 소재하고 있는 시험시공 현장에 설치하였으며 순환 파이프의 형상과 그라우트 재료에 대한 수직 밀폐형 지중열교환기의 성능을 비교하기 위해 일반적인 U형 순환 파이프와 새롭게 개발된 3공형 순환 파이프를 보어홀 내 시공하였다. 수치해석은 CFD 해석 프로그램인 FLUENT를 적용하여 3차원 열전달 거동 해석을 수행하였으며 각각의 보어홀에 대해 시간에 따른 순환수의 유입, 유출 온도 차이와 지반의 깊이별 온도변화를 User Define Function (UDF)을 이용하여 실제 조건을 모사하였다. 주어진 보어홀 조건과 실내시험을 통해 시험시공 현장의 열 물성을 입력치로 적용하여 수치 해석을 수행하였으며, 현장 열응답 시험에서 측정된 시간에 따른 유입, 유출 순환수의 온도 변화를 모사하였다. 수치해석 결과, 지반의 열전도도를 3W/mK로 적용하였을 때 보다 4W/mK일 때 현장 열응답 시험과 유사한 결과를 얻었다.
This paper concerns the static, dynamic and thermal characteristics analysis of a high-speed spindle system for horizontal machining centers with 45mm x50,000rpm. The spindle system is designed based on the angular contact ceramic ball bearings, built-in motor, oil-air lubrication method and oil jacket cooling method. The structural and thermal analysis models of spindle system are constructed by the finite element method. The static and dynamic characteristics are estimated based on the static deformation, modal parameter, mode shape and frequency response function, and the thermal characteristics are estimated based on the temperature rise, temperature distribution and thermal deformation. The analysis results illustrate that the designed spindle system has excellent structural and thermal stabilities
The rapid thermal response (RTR) molding is a novel process developed to raise the temperature of mold surface rapidly to the polymer melt temperature prior to the injection stage and then cool rapidly to the ejection temperature. The resulting filling process is achieved inside a hot mold cavity by prohibiting formation of frozen layer so as to enable thin wall injection molding without filling difficulty. The present work covers flow simulation of thin wall injection molding using the RTR molding process. In order to take into account the effects of thermal boundary conditions of the RTR mold, coupled analysis with transient heat transfer simulation is suggested and compared with conventional isothermal analysis. The proposed coupled simulation approach based on solid elements provides reliable thin wall flow estimation for both the conventional molding and the RTR molding processes.
The rapid thermal response (RTR) molding is a novel process developed to raise the temperature of mold surface rapidly to the polymer melt temperature prior to the injection stage and then cool rapidly to the ejection temperature. The resulting filling process is achieved inside a hot mold cavity by prohibiting formation of frozen layer so as to enable thin wall injection molding without filing difficulty. The present work covers flow simulation of thin wall injection molding using the RTR molding process. In order to take into account the effects of thermal boundary conditions of the RTR mold, coupled analysis with transient heat transfer simulation is suggested and compared with conventional isothermal analysis. The proposed coupled simulation approach based on solid elements provides reliable thin wall flow estimation fur both the conventional molding and the RTR molding processes
The non-linear structural analysis of reinforced concrete beams in fire consists of three separate steps: (i) The estimation of the rise of surrounding air temperature due to fire; (ii) the determination of the distribution of the temperature within the beam during fire; (iii) the evaluation of the mechanical response due to simultaneous time-dependent thermal and mechanical loads. Steps (ii) and (iii) are dealt with in the present paper. We present a two-step computational procedure where a 2D transient thermal analysis over the cross-sections of beams are made first, followed by mechanical analysis of the structure. Fundamental to the accuracy of the mechanical analysis is a new planar beam finite element. The effects of plasticity in concrete, and plasticity and viscous creep in steel are taken into consideration. The properties of concrete and steel along with the values of their thermal and mechanical parameters are taken according to the European standard ENV 1992-1-2 (1995). The comparison of our numerical and full-scale experimental results shows that the proposed mechanical and 2D thermal computational procedure is capable to describe the actual response of reinforced concrete beam structures to fire.
Aim of the study: Thermal stress is a central determinant of osseous surgical outcomes. Interestingly, the temperatures measured during endosseous surgeries coincide with the temperatures that elicit the heat shock response of mammalian cells. The heat shock response is a coordinated biochemical response that helps to protect cells from stresses of various forms. Several protective proteins, termed heat shock proteins (hsp) are produced as part of this response. To begin to understand the role of the stress response of osteoblasts during surgical manipulation of bone, the heat shock protein response was evaluated in osteoblastic cells. Materials & methods: With primary cell culture studies and ROS 17/2.8 osteoblastic cells transfected with hsp27 encoding vectors culture studies, the thermal stress response of mammalian osteoblastic cells was evaluated by immunohistochemistry and western blot analysis. Results: Immunocytochemistry indicated that hsp27 was present in unstressed osteoblastic cells, but not fibroblastic cells. Primarily cultured osteoblasts and fibroblasts expressed the major hsp in response to thermal stress, however, the small Mr hsp, hsp27 was shown to be a constitutive product only in osteoblasts. Creation of stable transformed osteoblastic cells expressing abundant hsp27 protein was used to demonstrate that hsp27 confers stress resistance to osteoblastic cells. Conclusions: The demonstrable presence and function of hsp27 in cultured bones and cells implicates this protein as a determinant of osteoblastic cell fate in vivo.
Knowledge of ground thermal properties is most important for the proper design of large scale BHE(borehole heat exchanger) systems. The type, pipe size and thermal performance of the BHE is highly dependent on the ground source heatpump system-efficiency and instruction cost. Thermal response tests with mobile measurement devices were developed primarily for insitu determination of design data for large diameter BHE for triple-U spacer apply. The main purpose has been to determine insitu values of effective ground thermal conductivity and thermal resistance, including the effect of ground-water flow and natural convection in the boreholes. The test rig is set up on a some trailer, and contains a circulation pump, a inline heater, temperature sensors, flow meter, power analysis meter and a data logger for recording the temperature, fluid flow data. A constant heat power is injected into the borehole through the tripl-U pipes system of test rig and the resulting temperature change in the borehole is recorded. The recorded temperature data are analysed with a line-source model, which gives the effective insitu values of rock thermal conductivity and borehole thermal resistance of large diameter BHE for spacer apply.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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