Lee, Jung Seop;Park, Sang Deog;Choi, Cheol Hee;Paik, Joongcheol
Journal of Korea Water Resources Association
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v.52
no.10
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pp.743-752
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2019
The flow in the meandering channel is characterized by the spiral motion of secondary currents that typically cause the erosion along the outer bank. Hydraulic structures, such as spur dike and groyne, are commonly installed on the channel bottom near the outer bank to mitigate the strength of secondary currents. This study is to investigate the effects of submerged vanes installed in a $90^{\circ}$ meandering channel on the development of secondary currents through three-dimensional numerical modeling using the hybrid RANS/LES method for turbulence and the volume of fluid method, based on OpenFOAM open source toolbox, for capturing the free surface at the Froude number of 0.43. We employ the second-order-accurate finite volume methods in the space and time for the numerical modeling and compare numerical results with experimental measurements for evaluating the numerical predictions. Numerical results show that the present simulations well reproduce the experimental measurements, in terms of the time-averaged streamwise velocity and secondary velocity vector fields in the bend with submerged vanes. The computed flow fields reveal that the streamwise velocity near the bed along the outer bank at the end section of bend dramatically decrease by one third of mean velocity after the installation of vanes, which support that submerged vanes mitigate the strength of primary secondary flow and are helpful for the channel stability along the outer bank. The flow between the top of vanes and the free surface accelerates and the maximum velocity of free surface flow near the flow impingement along the outer bank increases about 20% due to the installation of submerged vanes. Numerical solutions show the formations of the horseshoe vortices at the front of vanes and the lee wakes behind the vanes, which are responsible for strong local scour around vanes. Additional study on the shapes and arrangement of vanes is required for mitigate the local scour.
Three dimensional Monte-Carlo simulations of non-ergodic transport of a non-reactive solute plume by steady-state groundwater flow under a uniform mean velocity in isotropic heterogeneous aquifers were conducted. The log-normally distributed hydraulic conductivity, K(x), is modeled as a random field. Significant efforts are made to reduce the simulation uncertainties. Ensemble averages of the second spatial moments of the plume, $$lt;S_{ij}'(t',l')$gt;$ and plume centroid variances, $$lt;R_{ij}'(t',l')$gt;$ were simulated with 3200 Monte Carlo runs for three variances of log K, $\omega^2_y1.0,,2.5,$ and 5.0, and three dimensionless lengths of line plume sources ( l=,5 and 10) normal to the mean velocity. The simulated second spatial moment and the plume centroid variance in longitudinal direction fit well to the first order theoretical results while the simulated transverse moments are not fit well with the first order results. The first order theoretical results definitely underestimated the simulated transverse second spatial moments for the aquifers of large u: and small initial plume sources. The ergodic condition for the second spatial moments is far from reaching, and the first order theoretical results of the transverse second spatial moment of the ergodic plume slightly underestimated the simulated moments.
The three-dimensional unsteady incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and k-${\varepsilon}$ double equations turbulent model were used to investigate the effect on the measurements of anemometers due to a passing high-speed train. Sliding mesh technology in Fluent was utilized to treat the moving boundary problem. The high-speed train considered in this paper was with bogies and inter-carriage gaps. Combined with the results of the wind tunnel test in a published paper, the accuracy of the present numerical method was validated to be used for further study. In addition, the difference of slipstream between three-car and eight-car grouping models was analyzed, and a series of numerical simulations were carried out to study the influences of the anemometer heights, the train speeds, the crosswind speeds and the directions of the induced slipstream on the measurements of the anemometers. The results show that the influence factors of the train-induced slipstream are the passing head car and tail car. Using the three-car grouping model to analyze the train-induced flow is reasonable. The maxima of horizontal slipstream velocity tend to reduce as the height of the anemometer increases. With the train speed increasing, the relationship between $V_{train}$ and $V_{induced\;slipstream}$ can be expressed with linear increment. In the absence of natural wind conditions, from the head car arriving to the tail car leaving, the induced wind direction changes about $330^{\circ}$, while under the crosswind condition the wind direction fluctuates around $-90^{\circ}$. With the crosswind speed increasing, the peaks of $V_X,{\mid}V_{XY}-V_{wind}{\mid}$ of the head car and that of $V_X$ of the tail car tend to enlarge. Thus, when anemometers are installed along high-speed railways, it is important to study the effect on the measurements of anemometers due to the train-induced slipstream.
In the process of continuous hot-dip galvanizing, it is well known that the gas wiping through an air knife system is most effective because of its uniformity in coating thickness, possibility of thin coating, workability in high speed, and simplicity of control. However, gas wiping used in the galvanizing process brings about a problem of splashing at the strip edge above a certain high speed of process. It is also known that the problem of edge splashing is more harmful than that at the mid strip surface. For a given liquid(of a certain viscosity and surface tension), the onset of splashing mainly depends upon the strip velocity, the gas-jet pressure, and the nozzle's stand-off distance. In these connections in the present study, we proposed three kinds of air knife system having nozzles of constant expansion rate, and compared the jet structures issuing from newly proposed nozzle systems with the result by a conventional one. In numerical analysis, the governing equations are consisted of two-dimensional time dependent Navier-Stokes equations, and the standard k-${\varepsilon}$ turbulence model is employed to solve turbulence stress and so on. As the result, it is found that we had better use the constant expansion-rate nozzle which can be interpreted from the point view of the energy saving for the same coating thickness. Also, we better reduce the size of separation bubble and enhance the cutting ability at the strip surface, by using an air-knife having constant expansion-rate nozzle.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.17
no.2
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pp.154-159
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2007
Wake distribution data of stem flow fields have been accumulated systematically by model tests. If the correlation between geometrical hull information and wake distribution is grasped through the accumulated data, this correlation can be helpful to designing similar ships. In this paper, Neuro-Fuzzy system that is emerging as a new knowledge over a wide range of fields nowadays is tried to estimate the wake distribution on the propeller plan. Neuro-Fuzzy system is well known as one of prospective and representative analysis method for prediction, classification, diagnosis of real complicated world problem, and it is widely applied even in the engineering fields. For this study three-dimensional stern hull forms and nominal wake values from a model test ate structured as processing elements of input and output layer, respectively. The proposed method is proved as an useful technique in ship design by comparing measured wake distribution with predicted wake distribution.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.7
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pp.701-706
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2015
In this study, experimental and computer simulation results are compared and analyzed. Three-dimensional (3D) fabricated matrices from an MJM 3D printer were joined with poly-acetate thermoplastic polymers using a diode laser. A power range of 5-7 W was used to irradiate the boundary of two polymers. The heated polymers flowed into the matrices of the 3D fabricated structure, and reliable mechanical joining was achieved. Computer simulation showed the temperature distribution in the polymers, and flow direction was estimated based on the flux and temperature information. It was found that the more than the minimum energy threshold was required to effectively join the polymers and that two scans at low-speed were more effective than four scans at high speed.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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v.y2005m4
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pp.359-363
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2005
In SCRamjet engine, combustion occurs in supersonic flow with airbreathing. SCRamjet is characterized by very short combustion time in combustor, so it is very important to be mixing the air and fuel in short duration. Several methods are suggested for mixing enhancement. Among these, cavity is selected to study for enhancement of mixing. The numerical simulation is performed in the case of freestream Mach number of 2.5 and cavity located in front of fuel jet injection. CFD-Fastran, commercial code with three-dimensional Navier-Stokes equation with the Menter SST turbulence model were used. The results are obtained validate experiment results for same condition. Therefore, the numerical results show the mixing enhancement characteristics with a cavity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.6
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pp.649-654
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2010
A three-dimensional numerical study of the WIG-effect vehicle with a direct-underside-pressurization (DUP) system and a propeller is performed to analyze the aerodynamic forces and moments acting on the vehicle. The computational model includes all the compartments of a WIG-effect vehicle, including a propeller in the middle of the fuselage and an air chamber under the fuselage. The DUP system and propeller help considerably reduce the take-off speed and minimize the effect of the hump drag when the vehicle accelerates to take off on water. The airflow is accelerated by a propeller, and the air then enters the air chamber through a channel in the middle of the fuselage, this air helps increase the lift since the dynamic pressure of air is converted to static pressure. However, the air accelerated by the propeller produces excessive drag and creates yawing moment. It is found that the effect of yawing and rolling moments on static stability is negligible.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.10
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pp.12-19
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2004
An aerodynamic design optimization system for three-dimensional wing was developed as a part of the future MDO framework. The present design optimization system includes four modules such as geometry design, grid generation, flow solver and optimizer. All modules were based on commercial softwares and programmed to have automated execution capability in batch mode utilizing built-in script and journaling. The integration of all modules into the system was accomplished through programming using Visual Basic language. The distributed computational environment based on network communication was established to save computational time especially for time-consuming aerodynamic analyses. The distributed aerodynamic computations were performed in conjunction with the global optimization algorithm of response surface method, instead of using usual parallel computation based on domain decomposition. The application of the design system in the drag minimization problem demonstrated considerably enhanced efficiency of the design process while the final design showed reasonable results of reduced drag.
A parametric study of a 2.5 kW class propeller type micro hydraulic turbine was performed. In order to analyze the internal flow characteristics in the hydraulic turbine, three dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with shear stress transport turbulence model were used and the hexahedral grid system was used to construct computational domain. To secure the reliability of the numerical analysis, the grid dependency test was performed using the grid convergence index method based on the Richardson extrapolation, and the grid dependency was removed when about 1.7 million nodes were used. For the parametric study, the axial distance at shroud span (L) between the inlet guide vane and the runner, and the inlet and outlet blade angles (β1, β2) of the runner were selected as the geometric parameters. The inlet and outlet angles of the runner were defined in the 3 spans from the hub to tip, and a total of 7 geometric parameters were investigated. It was confirmed that the outlet angles of the runner had the most sensitive effect on the power and efficiency of the micro hydraulic turbine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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