Kim, Jaewoo;Jun, Doosung;Kang, Teagon;Jang, Seok Pil;Koo, Jaye;Moon, Heejang
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.16
no.6
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pp.23-31
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2012
Present work deals three families of $SiO_2$ gelling agents which have been used to produce gel fuel based on Kerosene. Jet A-1 is chosen as fuel where power-law rheological model is used to confirm whether or not the gelification is achieved depending on the %wt of gellant. It was confirmed that the produced jelly-like substance have shear-thinning effect, and that its apparent viscosity increases as $SiO_2$ concentration increases. Compared to other gellants, gel with Aerosil(R) R972 fits most to the power-law model, while gels with Silica 230 and Silica 530 deviate from the power-law model. The rheological characteristics behaved differently depending on the mixing method(vortex mixing and manual mixing) when gellant concentration is increased.
In order to improve the efficiency and reliability of the machine, the friction should be minimized. The most widely used method to minimize friction is to maintain the fluid lubrication state. However, we can reduce friction only up to a certain limit because of viscosity. As a result of several recent studies, surface texturing has significantly reduced the friction in highly sliding machine elements, such as mechanical seals and thrust bearings. Thus far, theoretical studies have mainly focused on isothermal/iso-viscous conditions and have not taken into account the heat generation, caused by high viscous shear, and the temperature conditions on the bearing surface. In this study, we investigate the effect of dimple depth and film-temperature boundary conditions on the thermohydrodynamic (THD) lubrication of textured parallel slider bearings. We analyzed the continuity equation, the Navier-Stokes equation, the energy equation, and the temperature-viscosity and temperature-density relations using a computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT. We compare the temperature and pressure distributions at various dimple depths. The increase in oil temperature caused by viscous shear was higher in the dimple than in the bearing outlet because of the action of the strong vortex generated in the dimple. The lubrication characteristics significantly change with variations in the dimple depths and film-temperature boundary conditions. We can use the current results as basic data for optimum surface texturing; however, further studies are required for various temperature boundary conditions.
Surface texturing is widely applied to friction surfaces of various machine elements. Most of the theoretical studies have focused on isothermal (ISO) analyses which consider constant lubricant viscosity. However, there have been limited studies on the effect of oil temperature increase owing to viscous shear. Following the first part of the present study that investigated the effects of film-temperature boundary condition (FTBC) and groove number on the thermohydrodynamic (THD) lubrication characteristics of a surface-textured parallel thrust bearing with multiple rectangular grooves, this study focuses on the effect of groove depths. Current study numerically analyzes the continuity, Navier-Stokes, and energy equations with temperature-viscosity-density relations using a commercial computational fluid dynamics (CFD) software, FLUENT. The results of variation in temperature, velocity, and pressure distributions as well as load-carrying capacity (LCC) and friction force indicate that groove depth and FTBC significantly influence the temperature distribution and pressure generation. The LCC is maximum near the groove depth at which the vortex starts, smaller than the ISO result. For intense grooves, the LCC of THD may be larger than that from ISO. The frictional force decreases as the groove becomes deeper, and decreases more significantly in the case of THD. The study shows that groove depth significantly influences the THD lubrication characteristics of surface-textured parallel thrust bearings.
Secondary instability of flow past a circular cylinder is examined using direct numerical simulation at Reynolds number 220 and 250. The higher-order finite difference scheme is employed for the spatial distributions along with the second order Adams-Bashforth and the first order backward-Euler time integration. In x-y plane, the convection term is applied by the 5th order upwind scheme, and the pressure and viscosity terms are applied by the 4th order central difference. In spanwise, Navier-Stokes equation is distributed using Spectral Method. The critical Reynolds number for this instability is found to be about Re=190. The secondary instability leads re three-dimensionality with a spanwise wavelength about 4 cylinder diameters at onset (A-mode). Results of three-dimensional effect in wake of a circular cylinder are represented with spanwise and streamwise vorticity contours as Reynolds numbers.
Although there are many activities on the construction of wind farm to produce amount of power from the wind, in practice power productions are not as much as its expected capabilities. This is because a lack of both the prediction of wind resources and the aerodynamic analysis on turbines with far wake effects. In far wake region, there are velocity deficits and increases of the turbulence intensity which lead to the power losses of the next turbine and the increases of dynamic loadings which could reduce system's life. The analysis on power losses and the increases of fatigue loadings in the wind farm is needed to prevent these unwanted consequences. Therefore, in this study velocity deficits have been predicted and aerodynamic analysis on turbines in the far wake is carried out from these velocity profiles. Ainslie's eddy viscosity wake model is adopted to determine a wake velocity and aerodynamic analysis on wind turbines is predicted by the numerical methods such as blade element momentum theory(BEMT) and vortex lattice method(VLM). The results show that velocity recovery is more rapid in the wake region with higher turbulence intensity. Since the velocity deficit is larger when the turbine has higher thrust coefficient, there is a huge aerodynamic power loss at the downstream turbine.
Three-dimensional time-dependent flow past a circular cylinder is numerically investigated using direct numerical simulation for Reynolds number 280 and 300. The higher-order finite difference scheme is employed for the spatial distributions along with the second order Adams-Bashforth and the first order backward-Euler time integration. In x-y plane, the convection term is applied by the 5th order upwind scheme and the pressure and viscosity terms are applied by the 4th order central difference. And in spanwise, Navier-Stokes equation is distributed using of Spectral Method. At Reynolds number 259 the two-dimensional wake becomes linearly unstable to a second branch of modes with wavelength about 1.0 diameters at onset (B-mode). Present results of three-dimensional effects of in wake of a circular cylinder is represented with spanwise and streamwise vorticity contours as Reynolds numbers.
According to the regulation of IMO, oil discharge from ships is allowed under 15ppm only and an oil filtering equipment is essential. However, for large ships using heavy fuel oil of over S.G 0.98 and viscosity 380cSt and system oil, it has been in difficulty to process with existing filtering type of oily water separator. A parallel plate type oily water separator which is one of gravity type separators can be used as an assistant equipment for the oil filtering system to meet the present IMO standard of 15 ppm, because it is an efficient method in dealing with a large amount of rich oil with high specific gravity. This work is focused on the fundamental investigation of the performance of the plate type oily water separator by visualization method and PIV(Particle Image Velocimetry) measurement to acquire multi-point velocity data simultaneously. The experimental results showed that the space of the plates acts a significant role in separating process and it was found that an important point to minimize a vortex flow is to flow a large amount of fluid in space of the plates in order to promote the efficiency of separation.
The objective of this study is to examine the nonlinear fluid characteristics near and inside a moonpool in various sea conditions. We estimate the flow of the free surface in a moonpool taking into account the viscosity effect and the hydrodynamic forces that affects a moonpool and hull through CFD calculations. The comparison of horizontal forces per wave length shows that the hydrodynamic force is greater for the long wave length than short wave length, and the greatest hydrodynamic force acts on the moonpool when the wave length is equal to the ship's length. The horizontal force decreases as the wave amplitude decreases, and the hydrodynamic force acting on the moonpool in ${\lambda}=LBP$ is 10 times that in ${\lambda}=LBP/3$. The free surface demonstrates the piston mode, in which it oscillates up and down while remaining essentially flat, and the rise of the free surface level increases as the wave length increases. We can assume that the hydrodynamic force acting on the moonpool increases owing to the effect of a strong vortex for ${\lambda}=LBP$ and owing to the rise of the free surface level for ${\lambda}=LBP{\times}2$.
Lunghi, Gianmarco;Pasqualetto, Elena;Rocchio, Benedetto;Mariotti, Alessandro;Salvetti, Maria Vittoria
Wind and Structures
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v.34
no.1
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pp.115-125
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2022
The high-Reynolds number flow around a rectangular cylinder, having streamwise to crossflow length ratio equal to 5 is analyzed in the present paper. The flow is characterized by shear-layer separation from the upstream edges. Vortical structures of different size form from the roll-up of these shear layers, move downstream and interact with the classical vortex shedding further downstream in the wake. The corresponding mean flow is characterized by a recirculation region along the lateral surface of the cylinder, ending by mean flow reattachment close to the trailing edge. The mean flow features on the cylinder side have been shown to be highly sensitive to set-up parameters both in numerical simulations and in experiments. The results of 21 Large Eddy Simulations (LES) are analyzed herein to highlight the impact of the lateral mean recirculation characteristics on the near-wake flow features and on some bulk quantities. The considered simulations have been carried out at Reynolds number Re=DU_∞/ν=40 000, being D the crossflow dimension, U_∞ the freestream velocity and ν the kinematic viscosity of air; the flow is set to have zero angle of attack. Some simulations are carried out with sharp edges (Mariotti et al. 2017), others with different values of the rounding of the upstream edges (Rocchio et al. 2020) and an additional LES is carried out to match the value of the roundness of the upstream edges in the experiments in Pasqualetto et al. (2022). The dimensions of the mean recirculation zone vary considerably in these simulations, allowing us to single out meaningful trends. The streamwise length of the lateral mean recirculation and the streamwise distance from the upstream edge of its center are the parameters controlling the considered quantities. The wake width increases linearly with these parameters, while the vortex-shedding non-dimensional frequency shows a linear decrease. The drag coefficient also linearly decreases with increasing the recirculation length and this is due to a reduction of the suctions on the base. However, the overall variation of C_D is small. Finally, a significant, and once again linear, increase of the fluctuations of the lift coefficient is found for increasing the mean recirculation streamwise length.
In order to reduce friction and improve reliability, researchers have applied various surface texturing methods to highly sliding machine elements such as mechanical seals and piston rings. Despite extensive theoretical research on surface texturing, previous numerical results are only applicable to isothermal and iso-viscous conditions. Because the lubricant flow pattern of textured bearing surfaces is much more complicated than that for non-textured bearings, the Navier?Stokes equation is more suitable than the Reynolds equation for the former. This study carries out a thermohydrodynamic (THD) lubrication analysis to investigate the lubrication characteristics of a single micro-dimpled parallel thrust bearing cell. The analysis involves using the continuity, Navier?Stokes, energy, temperature?viscosity relation, and heat conduction equations with the commercial computational fluid dynamics (CFD) code FLUENT. This study discretizes these equations using the finite volume method and solves them using the SIMPLE algorithm. The results include finding the streamlines, pressure and temperature distributions, and variations in the friction force and leakage for various dimple radii and depths. Increasing the dimple radius and decreasing the depth causes a recirculation flow to form because of a strong vortex, and the oil temperature greatly increases compared with the non-textured case. The present numerical scheme and results are applicable to THD analysis of various surface-textured sliding bearings and can lead to further study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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