Tornadoes are the most devastating meteorological natural hazards. Many empirical and theoretical numerical models of tornado vortex have been proposed, because it is difficult to carry out direct measurements of tornado velocity components. However, most of existing numerical models fail to explain the physical structure of tornado vortices. The present paper proposes a new empirical numerical model for a tornado vortex, and its load effects on a low-rise and a tall building are calculated and compared with those for existing numerical models. The velocity components of the proposed model show clear variations with radius and height, showing good agreement with the results of field measurements, wind tunnel experiments and computational fluid dynamics. Normal stresses in the columns of a low-rise building obtained from the proposed model show intermediate values when compared with those obtained from existing numerical models. Local forces on a tall building show clear variation with height and the largest local forces show similar values to most existing numerical models. Local forces increase with increasing turbulence intensity and are found to depend mainly on reference velocity Uref and moving velocity Umov. However, they collapse to one curve for the same normalized velocity Uref / Umov. The effects of reference radius and reference height are found to be small. Resultant fluctuating force of generalized forces obtained from the modified Rankine model is considered to be larger than those obtained from the proposed model. Fluctuating force increases as the integral length scale increases for the modified Rankine model, while they remain almost constant regardless of the integral length scale for the proposed model.
Park, Jong-beom;Lee, Sang-Jeong;Lee, Eun-ho;Park, No-Cheol;Kim, Yong-beom
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.6
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pp.1658-1668
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2019
Nuclear power generates a large portion of the energy used today and plays an important role in energy development. To ensure safe nuclear power generation, it is essential to conduct an accurate analysis of reactor structural integrity. Accordingly, in this study, a methodology for obtaining accurate structural responses to the combined seismic and reactor coolant loads existing prior to the shutdown of a nuclear reactor is proposed. By applying the proposed analysis method to the reactor vessel internals, it is possible to derive the seismic responses considering the influence of the hydraulic loads present during operation for the first time. The validity of the proposed methodology is confirmed in this research by using the finite element method to conduct seismic and hydraulic load analyses of the advanced APR1400 1400 MWe power reactor, one of the commercial reactors. The structural responses to the combined applied loads are obtained using displacement-based and stress-based superposition methods. The safety of the subject nuclear reactor is then confirmed by analyzing the design margin according to the American Society for Mechanical Engineers (ASME) evaluation criteria, demonstrating the promise of the proposed analysis method.
A straightforward strategy for particle image velocimetry (PIV) interrogation and post-processing has been proposed, aiming at reducing errors and clarifying vortex structures. The interrogation window size should be kept small to reduce bias error and improve spatial resolution. A spatial filter is then applied to the velocity field to reduce random error and clarify flow structure. The performance of three popular spatial filters were assessed: box filter, median filter, and local quadratic polynomial regression filter. In order to quantify random uncertainty, the image matching (IM) method is applied to an experimental dataset of homogeneous and isotropic turbulence (HIT) obtained by 2D-PIV. We statistically analyze the uncertainty propagation through the spatial filters, and verify the reduction in random uncertainty. Moreover, we illustrate that the spatial filters help clarify vortex structures using vortex identification criteria. As a result, PIV random uncertainty was reduced and the vortex structures became clearer by spatial filtering.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.4
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pp.10-20
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2019
Recently, fluidic thrust vector control has become a core technique to control multifarious air vehicles, such as supersonic aircraft and modern rockets. Fluidic thrust vector control using the shock vector concept has many advantages for achieving great vectoring performance, such as fast vectoring response, simple structure, and low weight. In this paper, computational fluid dynamics methods are used to study a three-dimensional rectangular supersonic nozzle with a slot injector. To evaluate the reliability and stability of computational methodology, the numerical results were validated with experimental data. The pressure distributions along the upper and lower nozzle walls in the symmetry plane showed an excellent match with the test results. Several numerical simulations were performed based on the shear stress transport(SST) $k-{\omega}$ turbulence model. The effect of the momentum flux ratio was investigated thoroughly, and the performance variations have been clearly illustrated.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.1
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pp.24-32
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2019
Numerical simulations were carried out in a supersonic nozzle to investigate the possibility of using dual-throat nozzle concept in fluidic thrust vector control. Validation of the methodology showed an excellent agreement between the computational fluid dynamics results and the experimental data available, which were based on the well-assessed SST $k-{\omega}$ turbulence mode. The deflection angle, system resultant thrust ratio, and thrust efficiency were investigated in a wide range of nozzle pressure ratios and injection pressure ratios. The performance variations of the dual-throat nozzle thrust vector control system were clearly illustrated with this two-dimensional computational domain. Some constructive conclusions were obtained that may be used as a reference for further studies in the fluidic thrust vector control field.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.61
no.2
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pp.85-95
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2019
The internal environment in pig house is closely related to the animal productivity. In addition, it is important to consider a working environment inside the pig house due to high gas and dust concentrations. The poor working environment inside the pig house can cause health problems including respiratory diseases. To analyze the working environment, it is important to evaluate the ventilation efficiency to effectively remove harmful gases and dust. The purpose of this study is to develop a 3D CFD model to analyze the working environment in the pig house. CFD model was validated by comparing air temperature distributions between CFD computed and field measured data. The average air flow rate at the pig height was 40.1 % lower than the working height when incoming air was concentrated on upper layer by the installed ventilation system on the experimental pig house. Using the validated CFD model, the regional ventilation efficiency was computed by the TGD(tracer gas decay) method at the pig and working heights. There was a difference of ventilation efficiency on 14 % between the air stagnated section and the rest sections. Stagnated gas concentration can be effected by animal and human health.
Kim, Kee-Tae;Moore, Toby;Minamidani, Tetsuhiro;OscarMorata, OscarMorata;Rosolowski, Erik;Su, Yang;Eden, David
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.44
no.1
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pp.69.3-69.3
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2019
The CHIMPS2 survey is to extend the JCMT HARP $^{13}CO/C^{18}O$ J=3-2 Inner Milky-Way Plane Survey (CHIMPS) and the ${12}^CO$ J=3-2 survey (COHRS) into the inner Galactic Plane, the Central Molecular Zone (CMZ), and a section of the Outer Plane. When combined with the complementary $^{12}CO/^{13}CO/C^{18}O$ J=1-0 survey at the Nobeyama 45m (FUGIN) at matching 15" resolution and sensitivity, and other current CO surveys, the results will provide a complete set of transition data with which to calculate accurate column densities, gas temperatures and turbulent Mach numbers. These will be used to: analyze molecular cloud properties across a range of Galactic environments; map the star-formation efficiency (SFE) and dense-gas mass fraction (DGMF) in molecular gas as a function of position in the Galaxy and its relation to the nature of the turbulence within molecular clouds; determine Galactic structure as traced by molecular gas and star formation; constrain cloud-formation models; study the relationship of filaments to star formation; test current models of the gas kinematics and stability in the Galactic center region and the flow of gas from the disc. It will also provide an invaluable legacy data set for JCMT that will not be superseded for several decades. In this poster, we will present the current status of the CHIMPS2.
This paper presents a high-efficiency design technique for developing the serialized models of a single-channel pump based on the diameter, flow rate and head as the main performance parameters. The variation in pump performance by changing of the single-channel pump geometry was predicted based on computational fluid dynamics (CFD). Numerical analysis was conducted by solving three-dimensional steady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with the shear stress transport (SST) turbulence model. The tendencies of the hydraulic performance depending on the pump geometry scale were analyzed with the fixed rotational speed. These performances were expressed and evaluated as the functionalization for designing the serialized models of a single-channel pump in this work.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.450-465
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2021
In this study, an attempt has been made to investigate the water-entry characteristics of the high-speed parallel projectile numerically. The shear stress transport k-𝜔 turbulence model and the Zwart-Gerber-Belamri cavitation model based on the Reynolds-Averaged Navier-Stokes method were used. The grid independent inspection and grid convergence index is carried out and verified. The influences of the parallel water-entry on flow filed characteristics, trajectory stability and drag reduction performance for different values of initial water-entry speed (𝜈0 = 280 m/s, 340 m/s, 400 m/s) and clearance between the parallel projectiles (Lp = 0.5D, 1.0D, 2.0D, 3.0D) are presented and analyzed in detail. Under the condition of the parallel water-entry, it can be found that due to the intense interference between the parallel projectiles, the distribution of cavity is non-uniform and part of the projectile is exposed to water, resulting in the destruction of the cavity structure and the decline of trajectory stability. In addition, the parallel projectile suffers more severe lateral force that separates the two projectiles. The drag reduction performance is impacted and the velocity attenuation is accelerated as the clearance between the parallel projectiles reduces.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2021.06a
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pp.65-65
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2021
보를 월류하는 흐름에 대하여 하류 수심이 보의 높이보다 낮고, 보 월류 후 수심의 공액수심보다 작거나 크고 같은 경우를 각각 자유도수와 수중도수라고 한다. 수중도수가 발생하는 경우 하류 수심이 보의 경사면을 따라 흐르는 하강류를 덮게 되며 유속을 감쇄시키기 때문에 최대 유속은 자유도수에 비해 매우 작게 발생한다. 그러나 수중도수는 자유도수에 비해 에너지 감쇄 효율이 낮기 때문에 도수구간의 거리가 증가하게 된다. 따라서 인명피해를 발생시키는 도수구간 재순환영역의 길이를 검토하는 것이나 보 하류 바닥보호공 길이 설계를 위해 수중도수에서의 흐름에 대하여 검토하는 것은 중요하다. 본 연구에서는 k-ω SST 난류모형을 이용하여 보 월류 후 발생하는 수중도수를 수치모의하고 평균흐름과 난류량의 종방향 변화에 대하여 검토하였다. 기존 실험수로에 k-ω SST 난류모형을 사용하여 모형의 적용성을 검토하였다. 다양한 하류 수심을 설정하여 평균흐름과 난류량에 대한 침수도의 영향 및 자유도수 계산결과와 벽면 제트 결과를 함께 비교하였다. 검토 결과 수중도수는 평균흐름과 난류량의 변화율이 자유도수보다 작고 벽면 제트보다는 큰 것을 확인하였다. 또한 침수도가 증가되면서 평균흐름과 난류량의 변화율이 작아지는 것을 확인하였다. 이것은 침수도의 변화에 따른 역압력경사의 차이에 의한 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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