Local transient extreme wind loads caused by group tower-related interference are among the major reasons that lead to wind-induced damage of super-large cooling towers. Four-tower arrangements are the most commonly seen patterns for super-large cooling towers. We considered five typical four-tower arrangements in engineering practice, namely, single row, rectangular, rhombic, L-shaped, and oblique L-shaped. Wind tunnel tests for rigid body were performed to determine the influence of different arrangements on static and dynamic wind loads and extreme interference effect. The most unfavorable working conditions (i.e., the largest overall wind loads) were determined based on the overall aerodynamic coefficient under different four-tower arrangements. Then we calculated the one-, two- and three-dimensional aerodynamic loads under different four-tower arrangements. Statistical analyses were performed on the wind pressure signals in the amplitude and time domains under the most unfavorable working conditions. On this basis, the non-Gaussian distribution characteristics of aerodynamic loads on the surface of the cooling towers under different four-tower arrangements were analyzed. We applied the Sadek-Simiu procedure to the calculation of two- and three-dimensional aerodynamic loads in the cooling towers under the four-tower arrangements, and the extreme wind load distribution patterns under the most unfavorable working conditions in each arrangement were compared. Finally, we proposed a uniform equation for fitting the extreme wind loads under the four-tower arrangements; the accuracy and reliability of the equation were verified. Our research findings will contribute to the optimization of the four-tower arrangements and the determination of extreme wind loads of super-large cooling towers.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.63
no.6
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pp.39-47
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2021
Reduction effect of the spread of odorant and fine dust through windbreak trees can be predicted through numerical analysis. However, there is a disadvantage that a large space and destructive experiments must be carried out each time to calculate the aerodynamic coefficient of the tree. In order to overcome these shortcomings, In this study, we aimed to estimate the aerodynamic coefficient (C0, C1, C2) by using image processing. Thuja occidentalis, which can be used as windbreak were used as the material. The leaf area index was estimated from the leaf area ratio using image processing with leaf weight, and the optical porosity was calculated through image processing of photos taken from the side while removing the leaves step-by-step. Correlation analysis was conducted with the aerodynamic coefficient of Thuja occidentalis calculated from the wind tunnel test and leaf area index and optical porosity calculated from the image analysis. The aerodynamic coefficient showed positive and negative correlations with the leaf area index and optical porosity, respectively. The results showed that the possibility of estimating the aerodynamic coefficient using image processing.
Strong winds threaten the safety of vehicles on long-span bridges considerably, which could force traffic authorities to reduce speed limits or even close these bridges to traffic. In order to maintain the safe and economic operation of a bridge, a reasonable evaluation of the driving safety on that bridge is needed. This paper aims at carrying outdriving safety analyses for three types of vehicles on a long-span bridge in crosswinds by considering the aerodynamic interference between the bridge and the vehicles based on the wind-vehicle-bridge coupling vibration analysis. Firstly, CFD numerical simulations along with previously obtained wind tunnel testing results were used to determine the aerodynamic force coefficients of the three types of vehicles on the bridge. Secondly, the dynamic responses of the bridge and the vehicles under crosswinds were simulated, and based on those, the driving safety analyses for the three types of vehicles on the bridge were carried out for both cases considering and not considering the aerodynamic interference between the vehicles and the bridge. Finally, the effect of the aerodynamic interference on the safety of the vehicles was investigated. The results show that the aerodynamic interference between the bridge and the vehicles not only affectsthe accident critical wind speed but also the accident type for all three types of vehicles. Such effects are also different for each of the three types of vehicles being studied.
Shape optimization of the 3-dimensional WIG airfoil with 3.0-aspect ratio has been performed by using the multi-objective genetic algorithm. The WIG ship effectively floating above the surface by the ram effect and the virtual additional aspect ratio by a ground is one of next-generation and cost-effective transportations. Unlike the airplane flying out of the ground effect, a WIG ship has possibility to capsize because of unsatisfying the static stability. The WIG ship should satisfy aerodynamic properties as well as a static stability. They tend to strong contradict and it is difficult to satisfy aerodynamic properties and static stability simultaneously. It is inevitable that lift force has to scarify to obtain a static stability. Multi-objective optimization technique that the individual objectives are considered separately instead of weighting can overcome the conflict. Due to handling individual objectives, the optimum cannot be unique but a set of nondominated potential solutions: pareto optimum. There are three objectives; lift coefficient, lift-to-drag ratio and static stability. After a few evolutions, the non-dominated pareto individuals can be obtained. Pareto sets are all the set of possible and excellent solution across the design space. At any selections of the pareto set, these are no better solutions in all design space
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.11
s.254
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pp.1084-1092
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2006
Shape optimization of airfoil in WIG craft has been performed by considering the ground effect. The WIG craft should satisfy various aerodynamic characteristics such as lift, lift to drag ratio, and static height stability. However, they show a strong trade-off phenomenon so that it is difficult to satisfy aerodynamic properties simultaneously. Optimization is carried out through the multi-objective genetic algorithm. A multi-objective optimization means that each objective is considered separately instead of weighting. Due to the trade-off, pareto sets and non-dominated solutions can be obtained instead of the unique solution. NACA0015 airfoil is considered as a baseline model, shapes of airfoil are parameterized and rebuilt with four-Bezier curves. There are eighteen design variables and three objective functions. The range of design variables and their resolutions are two primary keys for the successful optimization. By two preliminary optimizations, the variation can be reduced effectively. After thirty evolutions, the non-dominated pareto individuals of twenty seven are obtained. Pareto sets are all the set of possible and excellent solution across the design space. At any selections of the pareto set, these are no better solutions in all design space.
Jung, Jae Hwan;Kim, Mi Jeong;Yoon, Hyun Sik;Hung, Pham Anh;Chun, Ho Hwan;Park, Dong Woo
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.4
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pp.477-487
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2012
We investigated the aerodynamic characteristics of a three-dimensional (3D) wing with an endplate in the vicinity of the free surface by solving incompressible Navier-Stokes equations with the turbulence closure model. The endplate causes a blockage effect on the flow, and an additional viscous effect especially near the endplate. These combined effects of the endplate significantly reduce the magnitudes of the velocities under the lower surface of the wing, thereby enhancing aerodynamic performance in terms of the force coefficients. The maximum lift-to-drag ratio of a wing with an endplate is increased 46% compared to that of wing without an endplate at the lowest clearance. The tip vortex of a wing-with-endplate (WWE) moved laterally to a greater extent than that of a wing-without-endplate (WOE). This causes a decrease in the induced drag, resulting in a reduction in the total drag.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.2
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pp.209-217
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2016
Unlike conventional airplane, a WIG craft experiences righting moment and adverse yaw moment in banked turning in ground effect. Numerical simulations are carried out to study the aerodynamics of banked wing in ground effect. Configurations of rectangular wing and delta wing are considered, and performance of endplates and ailerons during banking are also studied. The study shows that righting moment increase nonlinearly with heeling angle, and endplates enhance the righting. The asymmetric aerodynamic distribution along span of wing with heeling angle introduces adverse yaw moment. Heeling in ground effect with small ground clearance increases the vertical aerodynamic force and makes WIG craft climb. Deflections of ailerons introduce lift decrease and a light pitching motion. Delta wing shows advantage in banked turning for smaller righting moment and adverse yaw moment during banking.
Kim, Y.;Lee, J.E.;Shin, M.S.;Kang, K.J.;Kwon, J.H.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2006.10a
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pp.199-205
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2006
Two dimensional turbulent flow simulations on the low Mach number - high Reynolds number flow about the NACA 4412 airfoil are carried out as the airfoil approaches a ground. It has been turned out that angle of attack between 2 and 8 is recommended for the airfoil to utilize the benefit of ground effect. For the large angle of attack, the increment of lift due to the ground effect is eliminated and negative aerodynamic effect such as destabilizing aspect in static longitudinal stability are occurred as the airfoil approaches a ground.
During the conceptual design of turboprop aircraft, the power effect driven from rotating propeller is typically obtained from empirical data. In the present paper, propeller power effect was obtained by using unsteady three-dimensional Navier-Stokes solver with $k-{\omega}$ turbulence model for the accurate prediction of turboprop aircraft performance. In order to simulate the relative motion between propeller and fuselage, unsteady sliding mesh method was used. During simulation, three flow conditions such as climb, cruise and descending flight were selected considering the flight envelop of the real turboprop aircraft. For the correction of aerodynamic coefficients, the thrust effect of engine exhaust gas was included based on the engine manufacturer's data. Using the computational results, the correction table for the aerodynamic coefficient of turboprop aircraft was suggested for the performance analysis of turboprop aircraft.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.3
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pp.264-270
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2008
Most of burning rate models used in hybrid combustion depend solely on oxidizer flux. But this empirical relation can not represent well the important effect of the thermo-chemical properties of solid fuel and thereby requires different value of empirical exponent and constant for each fuel considered. In this study, a new burning rate correlation was proposed using the mass transfer number(B number) which encompasses the thermochemistry effect of solid fuel and the aerodynamic effect caused by the combustion on the solid fuel surface where the effect of aerodynamic property in the mass transfer number was studied. The PMMA, PP, and PE were chosen as fuel, and gas oxygen as oxidizer. The new empirical burning rate expression depending on both the oxidizer flux and the mass transfer number was able to predict the burning rate of each fuel with just a single exponent value and constant, and it was found that the aerodynamic effect on the blowing effect did show a minor effect on the burning rate correlation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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