Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.15
no.3
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pp.239-245
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2003
In the nuclear power plant, emergency core coolant system (ECCS) is furnished at reactor coolant system (RCS) in order to cool down high temperature water in case of emergency. However, in this coolant system, thermal stratification phenomenon can occur due to coolant leaking in the check valve. The thermal stratification produces excessive thermal stresses at the pipe wall so as to yield thermal fatigue crack (TFC) accident. In the present study, effects of turbulence penetration on the thermal stratification into T-branches with square cross-section in the modeled ECCS are analysed numerically. $textsc{k}$-$\varepsilon$ model is employed to calculate the Reynolds stresses in momentum equations. Results show that the length and strength of thermal stratification are primarily affected by the leak flow rate of coolant and the Reynolds number of the main flow in the duct. Turbulence penetration into the T-branch of ECCS shows two counteracting effects on the thermal stratification. Heat transport by turbulence penetration from the main duct to leaking flow region may enhance thermal stratification while the turbulent diffusion may weaken it.
The flow characteristics of a circular cylinder surrounded by an outer permeable cylinder were experimentally investigated using Particle Image Velocimetry Technique in deep water flow. In order to consider the effects of diameter and porosity of the outer cylinder on flow structures of the inner cylinder, five different outer cylinder diameters (D=37.5, 52.5, 60, 75 and 90 mm) and eight different porosities (${\beta}$=0.4, 0.5, 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8 and 0.85) were selected. During the experiments, the diameter of inner cylinder was kept constant as d=30 mm. The depth-averaged free-stream velocity was adjusted as U=0.156 m/s, which corresponds to the Reynolds number of Re=5000 based on the inner cylinder diameter. It has been concluded that both the outer permeable cylinder diameter and the porosity have important influences on the attenuation of vortex shedding in the wake region. The presence of outer permeable cylinder decreases the magnitude of Reynolds shear stress and turbulent kinetic energy compared to the bare cylinder case. Moreover, the spectral analysis of vortex shedding frequency has revealed that the dominant frequency of vortex shedding downstream of the cylinder arrangement also reduces substantially due to the weakened Karman shear layer instability.
The statistical analysis for the springtime windstorm in Korea shows that Yeongdong region has the highest occurrence frequency during recent 10 years. The objective of this study is to find possible mechanisms for the downslope windstorm formation in the Yeongdong region by using a mesoscale numerical model, WRF. Dynamical process, wave breaking (hereafter WB), is qualitatively investigated as the candidate mechanism for a windstorm event occurred in 5 April, 2005. WB is developed in upper troposphere downstream, since stable air is lifted by the Taebaek mountain. This process can cause and maintain the severe downslope windstorm by drawing the upper flow down to the surface. And the intensified downslope wind leads the hydraulic jump (hereafter HJ) in downstream region. Froude numbers at Chuncheon (upslope side), Seorak Mountain (crest), Yangyang (lee side), and the East Sea (distant downstream position) are estimated by about 0.4, 1.0, 1.6, and 0.6, respectively. This result implies that the accelerated and supercritical (Fr>1) flow adjusts to the ambient subcritical (Fr<1) conditions in the turbulent HJ. In addition, we find the formation of upstream inversion near top level of the mountain cause the intensification of HJ. Experiments to examine the orographic effect on the mechanisms suggest that the magnitudes of WB and HJ are larger in the experiment of higher topography, but there is no significant difference of windstorm magnitude among the experiments. Another important result from these sensitivity experiments is that the intensity of downslope windstorm strongly depends on the magnitude of upper (2~4 km) wind in upstream side.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.7
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pp.939-947
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1997
An experimental study of the skin friction measurement in a turbulent boundary-layer has been carried out. The skin friction measurements are made using the laser interferometer skin friction (LISF) meter, which optically detects the rate of thinning of an oil applied to the test surface. This technique produces reliable skin friction data over a wide range of flow situations up to 3-dimensional complicated flows with separation, where traditional skin friction measurement techniques are not applicable. The present measured data in a turbulent boundary-layer on a flat plate using the LISF technique shows a good comparison with the result from the previous velocity profile techniques, which proves the validity of the present technique. An extensive error analysis is carried out for the present technique yielding an uncertainty of about .+-.8%, which makes them suitable for CFD code validation purposes. Finally the measurements of the skin friction in a separated region after a surface-mounted obstacle are also presented.
Kim, Mun-Ki;Oh, Jeong-Seog;Choi, Young-Il;Yoon, Young-Bin
한국가시화정보학회:학술대회논문집
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2007.11a
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pp.149-154
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2007
This study examines the effect of acoustic excitation using forced coaxial air on the flame characteristics of turbulent hydrogen nonpremixed flames. A resonance frequency was selected to acoustically excite the coaxial air jet due to its ability to effectively amplify the acoustic amplitude and reduce flame length and NOx emissions. Acoustic excitation causes the flame length to decrease by 15 % and consequently, a 25 % reduction in EINOx is achieved, compared to a flame without acoustic excitation. Moreover, acoustic excitation induces periodical fluctuation of the coaxial air velocity, thus resulting in slight fluctuation of the fuel velocity. From phase-lock PIV and OH PLIF measurement, the local flow properties at the flame surface were investigated under acoustic forcing. During flame-vortex interaction in the near field region, the entrainment velocity and the flame surface area increased locally near the vortex. This increase in flame surface area and entrainment velocity is believed to be a crucial factor in reducing flame length and NOx emission in coaxial jet flames with acoustic excitation. Local flame extinction occurred frequently when subjected to an excessive strain rate, indicating that intense mass transfer of fuel and air occurs radially inward at the flame surface.
A numerical analysis method for predicting aerodynamic noise at inter-coach space of high-speed trains, validated by wind-tunnel experiments for limited speed range, is proposed. The wind-tunnel testing measurements of the train aerodynamic sound pressure level for the new generation Korean high-speed train have suggested that the inter-coach space aerodynamic noise varies approximately to the 7.7th power of the train speed. The observed high sensitivity serves as a motivation for the present investigation on elucidating the characteristics of noise emission at inter-coach space. As train speed increases, the effect of turbulent flows and vortex shedding is amplified, with concomitant increase in the aerodynamic noise. The turbulent flow field analysis demonstrates that vortex formation indeed causes generation of aerodynamic sound. For validation, numerical simulation and wind tunnel measurements are performed under identical conditions. The results show close correlation between the numerically derived and measured values, and with some adjustment, the results are found to be in good agreement. Thus validated, the numerical analysis procedure is applied to predict the aerodynamic noise level at inter-coach space. As the train gains speed, numerical simulation predicts increase in the overall aerodynamic sound emission level accompanied by an upward shift in the main frequency components of the sound. A contour mapping of the aerodynamic sound for the region enclosing the inter-coach space is presented.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.2
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pp.87-93
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2013
In order to study the effect of the fluid-structure interaction (FSI) on the simulation results, the external characteristics and internal flow features of a diffuser pump were analyzed with a two-way flow solid coupling method. And the static and dynamic structure analysis of the blade was also caculated with the FEA method. The steady flow field is based on Reynolds Averaged N-S equations with standard $k-{\varepsilon}$ turbulent model, the unsteady flow field is based on the large eddy simulation, and the structure response is based on elastic transient structural dynamic equation. The results showed that the effect of FSI on the head prediction based on CFD really exists. At the same radius, the van mises stress on the nodes closed shroud and hub was larger than other nodes. A large deformation region existed near inlet side at the middle of blades. The strength of impeller satisfied the strength requirement with static stress analysis based on the fourth strength theory. The dynamic stress varied periodically with the impeller rotating. It was also found that the fundamental frequency of the dynamic stress is the rotating frequency and its harmonic frequency. The frequency of maximum stress amplitude at node 1626 was 7 times of the rotating frequency. The frequency of maximum stress amplitude at node 2328 was 14 times of the rotating frequency. No matter strength failure or fatigue failure, the root of blades near shroud is the key region to analyse.
The turbulent shear flaw around a surface-mounted vertical wall was investigated using the two-frame PIV(CACTUS 3.1) system. From this study, it is revealed that at least 500 instantaneous velocity field data are required for ensemble average to get reliable turbulence statistics, but only 200 field data are sufficient for the time-averaged mean velocity information The flow has an unsteady recirculation region post vertical wall with bottom gap, followed by a slow relaxation to the fiat-plate boundary layer flow. The time-averaged reattachment length estimated from the streamline distribution is about x/H=3H. The large eddy structure in the separated shear layer seems to have signification influence on the development of the separated shear layer and the reattachment process.
In this study, the characteristics of flows around building groups are investigated using a computational fluid dynamics (CFD) model. For this, building groups with different volumetric ratios in a fixed area are considered. As the volumetric ratio of the building group increases, the region affected by the building group is widened. However, the wind-speed reduced area rather decreases with the volumetric ratio near the ground bottom (z ${\lesssim}$ 0.7H, here, H is the height of the building group) and, above 0.7H, it increases. As the volumetric ratio decreases (that is, space between buildings was widened), the size of recirculation region decreases but flow recovery is delayed, resulting in the wider wind-speed reduced area. The increase in the volumetric ratio results in larger drag force on the flow above the roof level, consequently reducing wind speed above the roof level. However, above z ${\gtrsim}$ 1.7H, wind speed increases with the volumetric ratio for satisfying mass conservation, resultantly increasing turbulent kinetic energy there. Inside the building groups, wind speed decreased with the volumetric ratio and averaged wind speed is parameterized in terms of the volumetric ratio and background flow speed. The parameterization method is applied to producing averaged wind speed for 80 urban areas in 7 cities in Korea, showing relatively good performance.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.10
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pp.955-966
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2009
DES method is applied to an axisymmetric base flow at supersonic mainstream. The model is based on the Spalart-Allmaras (S-A) turbulence model in the RANS mode, and is based on the subgrid scale model in the Large-eddy simulation (LES) mode. Accurate predictions of the base flowfield and base pressure are successfully achieved by using the DES methodology which is less expensive than LES. Flow properties at the edge of base, such as boundary layer thickness, momentum thickness and skin fraction are compared with Dutton et al [experimental data to proper prediction of base flowfiled. From the present results, The DES accurately resolves the physics of unsteady turbulent motions, such as shear layer rollup, large-eddy motions in the downstream region and small eddy motions inside the recirculating region. Moreover, The present results of using an empirical constant $C_{DES}$ of 1.2 shows good agreement with experimental data than conventional empirical constant $C_{DES}$ of 0.65.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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