Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.9
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pp.571-577
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2017
In this numerical study, the separation efficiency of three-phase separator in an oil-sand plant was studied with various inlet head configurations. The free water knockout (FWKO) vessel was designed with a flow rate of $15.89m^3/day$ (100 bbl/day) and the SOR(stream-to-oil ratio)=3.5 was derived using Stokes' law. For modularization, optimization of the design of the inlet head configuration was performed with parallel-connected dual FWKO vessels. The feed condition of bitumen emulsion was API=17, $T_{in}=150^{\circ}C$ and $P_{in}=50bar$. A mean residence time was determined the time when 95% of the oil and water in FWKO vessel was separated. The combination between the volume of fluid (VOF) and the discrete phase model (DPM) was used to simulate the phase separation phenomenon in a multi-phase separator. Furthermore, in order to calculate multi-phase flow the pseudo-transient method was adopted.
Choi, Junwoo;Baek, Un Il;Lee, Sang Mok;Yoon, Sung Bum
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6B
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pp.627-634
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2008
In a numerical simulation of open channel turbulent flows using RANS (Reynolds averaged Navier-Stokes) equations model equipped with VOF (Volume of Fluid) scheme, the determination of wall roughness for wall function was studied. The roughness constant, based on the law-of-the-wall for flow on rough walls, obtained by experimental works for pipe flows is employed in general wall functions. However, this constant of wall function is the function of Froude number in open channel flows. Thus, the wall roughness should be determined by taking into account the effect of Froude number. In addition, the wall roughness should be corresponding to Manning's roughness coefficient widely used for open channels. In this study, the relation between wall roughness height as an input condition and Manning's roughness coefficient was investigated, and an equation for effective wall roughness height considering the characteristics of numerical models was proposed as a function of Manning's roughness coefficient.
If the safety depressurization system of APR-1400, the Korean next generation reactor, is in operation, water, air and steam are successively discharging into a in-containment refueling water storage tank through spargers. Among the phenomena occurring during the discharging processes, the air bubble clouds produce a low-frequency and high-amplitude oscillatory loading, which may result in the most significant damages to the submerged structures if the oscillation frequency is the same or close to the natural frequency of the structures. The involved phenomena are so complicated that most of the prediction of frequency and pressure loads has been resorted to experimental work and computational approach has been precluded. This study deals with a numerical simulation on the behavior of air bubble clouds discharging into a water pool through a sparger, by using a commercial thermal hydraulic analysis code, FLUENT, version 4.5. Among the multiphase flow models, the VOF (Volume Of Fluid) model was selected to simulate the water, air and steam flows. A satisfactory result was obtained comparing the analysis results with the ABB-Atom test results which had been performed for the development of sparser.
Load reduction ring (LRR) was installed on the ABB-Atom sparger to reduce the oscillatory loadings due to the air bubble clouds in the water pool in case of safety relief system operations. In order to investigate the effect of LRR on the pressure field, a numerical simulation on the behavior of air bubble clouds discharging into a water pool through a ABB-Atom sparser without LRR was performed by using a commercial thermal hydraulic analysis code, FLUENT 4.5. Among the multi-phase models contained in the code, the VOF (Volume Of Fluid) model was used to simulate the interface of water, air and steam flows. By comparing the analysis results with the previous ones, the load reduction ring has an effect on reducing the oscillatory loads at the wall. It also includes the effect of air mass and inlet boundary conditions of the pipe on the pressure oscillations at the wall.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.6
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pp.581-591
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2011
This paper describes the air compressibility effect in the CFD simulation of water impact load prediction. In order to consider the air compressibility effect, two sets of governing equations are employed, namely the incompressible Navier-stokes equations and compressible Navier-Stokes equations that describe general compressible gas flow. In order to describe violent motion of free surface, volume-of-fluid method is utilized. The role of air compressibility is presented by the comparative study of water impact load obtained from two different air models, i.e. the compressible and incompressible air. For both cases, water is considered as incompressible media. Compressible air model shows oscillatory behavior of pressure on the solid surface that may attribute to the air-cushion effect. Incompressible air model showed no such oscillatory behavior in the pressure history. This study also showed that the CFD simulation can capture the formation of air pockets enclosed by water and solid surface, which may be the location where the air compressibility effect is dominant.
This study aimed at validating the adopted numerical methods to solve two-phase flow around a two-dimensional (2D) rectangular floating structure in regular waves. A structure with a draft equal to one half of its height was hinged at the center of gravity and free to roll with waves that had the same period as the natural roll period of a rectangular barge. In order to simulate the 2D incompressible viscous two-phase flow in a wave tank with the rectangular barge, the present study used the volume of fluid (VOF) method based on the finite volume method with a standard turbulence model. In addition, the sliding mesh technique was used to handle the motion of the rectangular barge induced by the fluid-structure interaction. Consequently, the present results for the flow field and roll motion of the structure had good agreement with those of the relevant previous experiment.
In this study, numerical simulations for a single fixed truncated circular cylinder in regular waves were conducted to investigate the nonlinear wave run-up under various dampers and wave period conditions. The present study used the volume of fluid (VOF) technique to capture the air-water interface. The unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equation with the k- 𝜖 turbulence model was solved using the commercial computational fluid dynamics (CFD) software STAR-CCM+. First, a systematic spatial convergence study was conducted to assess the performance and precision of the present numerical wave tank. The numerical scheme was validated by comparing the numerical results of wave run-up on a bare truncated cylinder with the experimental results, and a good agreement was achieved. Then, a series of parametric studies were carried out to examine the wave run-up time series around the truncated cylinder with single and dual dampers in terms of the first- and second-order harmonic and mean set-up components. Additionally, the local wave field and the flow velocity vectors adjacent to the cylinder were evaluated. It was confirmed that under short wave conditions, the high position of the damper led to a noticeable increase in the wave run-ups with significant changes in the first- and second-order harmonic components.
Grouting technology is one of the ground improvement methods used in water controlling and reinforcement of rock mass in underground structure construction. It is necessarily required to find out the characteristics of grout flow through discontinuities in a rock mass for an adequate grout design and performance assessment. Laminar flow is not always applicable in simulating a grout flow in a rock mass, since the rock joints usually have apertures at a micro-scale and the flow through these joints is affected by the joint roughness and the velocity profile of the flow changes partially near the roughness. Thus, the influence of joint roughness and aperture on the grout flow in rough rock joint was numerically investigated in this study. The commercial computational fluid dynamics code, FLUENT, was applied for this purpose. The computed results by embedded Herschel-Bulkley model and VOF (volume of fluid) model, which are applicable to simulate grout flow in a narrow rock joint that is filled with air and water, were well compared with that of analytical results and previously published laboratory test for the verification. The injection pressure required to keep constant injection rate of grout was calculated in a variety of Joint Roughness Coefficient (JRC) and aperture conditions, and the effect of joint roughness and aperture on grout flow were quantified.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.12
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pp.5661-5668
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2012
In the era of water scarcity, saving toilet water is one of the most effective ways to save water. In this study, two-phase flow for the development of highly-efficient toilet has been analysed with VOF(Volume Of Fluid) method. Since the whole model requires extensive computing time, part of the whole model has also been adopted to reduce the analysis time. Four different rim models were considered for flow distribution analysis and sizes of rim holes were found to become more important rather than locations or numbers of rim holes in achieving flow distribution effectively. In addition, velocity and pressure of two-phase flow due to siphon phenomenon have been studied through the analysis of whole model. Therefore, this study provides a variety of fundamental data for the development of highly-efficient toilet.
Lee, Jin-Ho;Hwang, Se-Yun;Lee, Sung-Je;Lee, Jang Hyun
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.5
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pp.299-308
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2022
This study was conducted to predict the tendency for heat exchange and boil-off gas (BOG) in a liquefied hydrogen tank under sloshing excitation. First, athe fluid domain excited by sloshing was modeled using a multiphase-thermal flow domain in which liquid hydrogen and hydrogen gas are in the saturated state. Both the the volume of fluid (VOF) and Eulerian-based multi-phase flow methods were applied to validate the accuracy of the pressure prediction. Second, it was indirectly shown that the fluid velocity prediction could be accurate by comparing the free surface and impact pressure from the computational fluid dynamics with those from the experimental results. Thereafter, the heat ingress from the external convective heat flux was reflected on the outer surfaces of the hydrogen tank. Eulerian-based multiphase-heat flow analysis was performed for a two-dimensional Type-C cylindrical hydrogen tank under rotational sloshing motion, and an inflation technique was applied to transform the fluid domain into a computational grid model. The heat exchange and heat flux in the hydrogen liquid-gas mixture were calculated throughout the analysis,, whereas the mass transfer and vaporization models were excluded to account for the pure heat exchange between the liquid and gas in the saturated state. In addition, forced convective heat transfer by sloshing on the inner wall of the tank was not reflected so that the heat exchange in the multiphase flow of liquid and gas could only be considered. Finally, the effect of sloshing on the amount of heat exchange between liquid and gas hydrogen was discussed. Considering the heat ingress into liquid hydrogen according to the presence/absence of a sloshing excitation, the amount of heat flux and BOG were discussed for each filling ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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