In resin infusion process(RIP), the fiber and the resin are in contact with each other for an impregnation step and often results in flow-induced defects such as poor fiber wetting and void formation. Resin flow characteristics in transverse direction and process modeling for woven fabric were studied, and the process modeling was applied to the manufacturing of hybrid composite materials. This study also considered the compressibility of woven fabrics in a series of compression force, and it was fitted well to an elastic model equation. Void formation was varied with the processing conditions in the stage of manufacturing composites using RIP. It was concluded from this study that proper combination of pressure build-up and dynamic heating condition makes important factor for flow-induced composite processing.
The mixing characteristics of a multiple transverse injection system in a scramjet combustor were studied with numerical methods. The distance among injectors on mixing characteristics were investigated. The three-dimensional Wavier-Stokes equations including k-w SST turbulence model were solved. It was shown that the mixing characteristics of a multiple transverse injection system were very different from those of a single and a dual injection system; the rear injection flow was strongly influenced by blocking effect due to the momentum flux of the front injection flow and thus had higher expansion and penetration than the front injection flow. The multiple injection system had higher mixing rate, higher penetration but had more losses of stagnation pressure than the single injection system.
The present study investigates the effects of bleed flow on heat/mass transfer and pressure drop in a rotating channel with transverse rib turbulators. The hydraulic diameter ($D_h$) of the square channel is 40.0 mm. The bleed holes are located between the rib turburators on leading surface and the hole diameter (d) is 4.5 mm. The square rib turbulators are installed on both leading and trailing surfaces. The rib-to-rib pitch is 10.0 times of the rib height (e) and the rib height-to-hydraulic diameter ratio ($e/D_h$) is 0.055. The tests were conducted at various rotation numbers (0, 0.2, 0.4), while the Reynolds number and the rate of bleed flow to main flow were fixed at 10,000 and 10%, respectively. The results suggest that the heat/mass transfer characteristics in the internal cooling passage are influenced by rib turbulators, bleed flow and the Cariolis force induced by rotation. For the rotating ribbed passage with bleed flow, the heat/mass transfer on the leading surface is hardly affected by bleed flow, but that on the trailing surface decreases due to the diminution of main flow. The results also show that the friction factor decreases with the bleed flow.
A comprehensive numerical analysis has been carried out for both non-reacting and reacting flows in a scramjet engine combustor with and without a cavity. The theoretical formulation treats the complete conservation equations of chemically reacting flows with finite-rate chemistry of hydrogen-air. Turbulence closure is achieved by means of a k-$\omega$ two-equation model. The governing equations are discretized using a MUSCL-type TVD scheme, and temporally integrated by a second-order accurate implicit scheme. Transverse injection of hydrogen is considered over a broad range of injection pressure. The corresponding equivalence ratio of the overall fuel/air mixture ranges from 0.167 to 0.50. The work features detailed resolution of the flow and flame dynamics in the combustor, which was not typically available in most of the previous studies. In particular, the oscillatory flow characteristics are captured at a scale sufficient to identify the .underlying physical mechanisms. Much of the flow unsteadiness is related not only to the cavity, but also to the intrinsic unsteadiness in the flow-field. The interactions between the unsteady flow and flame evolution may cause a large excursion of flow oscillation. The roles of the cavity, injection pressure, and heat release in determining the flow dynamics are examined systematically.
The accurate permeability for preform is critical to model and design the impregnation of fluid resin in the composite manufacturing process. In this study, the in-plane and transverse permeability for a woven fabric are predicted numerically through the coupled flow model which combines microscopic with macroscopic flow. The microscopic and macroscopic flow which are flows within the micro-unit and macro-unit cell, respectively, are calculated by using 3-D CVFEM(control volume finite element method). To avoid checker-board pressure field and improve the efficiency on numerical computation, A new interpolation function for velocity is proposed on the basis of analytic solutions. The permeability of plain woven fabric is measured through unidirectional flow experiment and compared with the permeability calculated numerically. Based on the good agreement of the results, the relationships between the permeability and the structures of preform such as the fiber volume fraction and stacking effect can be understood. The reverse and the simple stacking are taken in account. Unlike past literatures, this study is based on more realistic unit cell and the improved prediction of permeability can be achieved. It is observed that in-plane flow is more dominant than transverse flow in the real flow through preform and the stacking effect of multi-layered preform is negligible. Consequently, the proposed coupled flow model can be applied to modeling of real composite materials processing.
본 연구에서는 폐쇄형 단면을 갖는 박판 복합재료 보의 정밀 i차원 보 해석모델을 개발하였다. 혼합보 이론을 이용하여 복합재료 보에 대한 전단 흐름 분포 및 단면 강성 행렬에 대한 엄밀해 표현식을 유도하였다. 이를 단일 세포 상자형 단면을 갖는 복합재료 보에 적용하여 상자형 보의 단면 강성행렬에 대한 엄밀해 표현식을 얻었다. 상자형 복합재료 보의 전단 중심을 계산하였으며, 전단 변형 효과가 폐쇄형 단면 보의 정적 거동에 미치는 영향에 대해서 고찰하였다. MSC/Nastran을 이용한 유한요소 해석을 통하여 본 연구의 타당성을 도였다.
A simply supported pipe conveying fluid and a moving mass upon it constitute a vibrational system. The equation of motion is derived by using Lagrange's equation. The influence of the velocity and the inertia force of a moving mass and the velocities of fluid flow in the pipe have been studied on the dynamic behavior of a simply supported pipe by numerical method. The velocities of fluid low are considered within its critical values of the simply supported pipe without a moving mass upon it. Their coupling effects on the transverse vibration of a simply supported pipe are inspected too. as the velocity of a moving mass increases, the deflection of midspan of a simply supported pipe conveying fluid is increased and the frequency of transverse vibration of the pipe is not varied. Increasing of the velocity of fluid flow makes the frequency of transverse vibration of the simply supported pipe conveying fluid decrease and the deflection of midspan of the pipe increase. The deflection of the simply supported pipe conveying fluid is increased by a coupling of the moving mass and the velocities of a moving mass and fluid flow.
The reactive flowfield of the transverse injecting combustor has been studied using Euler-Lagrange method in order to develop an efficient solution procedure for the understanding of liquid spray combustion in the transverse injecting combustor which has been widely used in ramjets and turbojet afterburners. The unsteady two-dimensional gas-phase equations have been represented in Eulerian coordinates and the liquid-phase equations have been formulated in Lagrangian coordinates. The gas-phase equations based on the conservation of mass, momentum, and energy have been supplemented by combustion. The vaporization model takes into account the transient effects associated with the droplet heating and the liquid-phase internal circulation. The droplet trajectories have been determined by the integration of the Lagrangian equation in the flow field obtained from the separate calculation without considering the iterative effect between liquid and gas phases. The reported droplet trajectories had been found to deviate from the initial conical path toward the flow direction in the very end of its lifetime when the droplet size had become small due to evaporation. The integration scheme has been based on the TEACH algorithm for gas-phase equation, the second order Runge-Kutta method for liquid-phase equations and the linear interpolation between the two coordinate systems. The calculation results has shown that the characteristics of the droplet penetration and recirculation have been strongly influenced by the interaction between gas and liquid phases in such a way that most of the vaporization process has been confined to the wake region of the injector, thereby improving the flame stabilization properties of the flowfield.
The type, the length, and the install space of the grate inlets in main street were designed with the consideration of discharge calculated with street surface rainfall. However, the discharge that was not intercepted at transverse grate inlets in steep local roads increases inundation areas around main street Therefore, it is necessary to analyze the flow characteristics and interception capacity at transverse grate inlets in steep local roads. Hydraulic experimental apparatus which can be changed the longitudinal slopes($2{\sim}10%$) of street, the size ($20{\sim}50cm$) and the types(TYPE I, II) of grate inlet was installed for this study. The range of the experimental discharges were from $2{\ell}/sec$ to $24{\ell}/sec$. The interception discharges of transverse grate inlets per unit width changing the longitudinal slope of steep local road were calculated by the hydraulic experimental results. The design method of transverse grate inlets was developed by the interception discharges per unit width. This design method was applied to decide the space and size of transverse grate inlets.
This paper presents the two-, three-, and four-lane transverse reduction factor based on FEA method, probability theory, and the recently actual traffic flow data. A total of 72 composite girder bridges with various spans, number of lanes, loading mode, and bridge type are analyzed with time-varying static load FEA method by ANSYS, and the probability models of vehicle load effects at arbitrary-time point are developed. Based on these probability models, in accordance to the principle of the same exceeding probability, the multi-lane transverse reduction factor of these composite girder bridges and the relationship between the multi-lane transverse reduction factor and the span of bridge are determined. Finally, the multi-lane transverse reduction factor obtained is compared with those from AASHTO LRFD, BS5400, JTG D60 or Eurocode. The results show that the vehicle load effect at arbitrary-time point follows lognormal distribution. The two-, three-, and four-lane transverse reduction factors calculated by using FEA method and probability respectively range between 0.781 and 1.027, 0.616 and 0.795, 0.468 and 0.645. Furthermore, a correlation between the FEA and AASHTO LRFD, BS5400, JTG D60 or Eurocode transverse reduction factors is made for composite girder bridges. For the two-, three-, and four-lane bridge cases, the Eurocode code underestimated the FEA transverse reduction factors by 27%, 25% and 13%, respectively. This underestimation is more pronounced in short-span bridges. The AASHTO LRFD, BS5400 and JTG D60 codes overestimated the FEA transverse reduction factors. The FEA results highlight the importance of considering span length in determining the multi-lane transverse reduction factors when designing two-lane or more composite girder bridges. This paper will assist bridge engineers in quantifying the adjustment factors used in analyzing and designing multi-lane composite girder bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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