In this paper, computer simulation of wind flow around a single cooling tower with louver support at the base in the KAZERUN power station in south part of IRAN is presented as a case study. ANSYS FLOTRAN, an unstructured finite element incompressible flow solver, is used for numerical investigation of wind induced pressure load on a single cooling tower. Since the effects of the wind ribs on external surface of the cooling tower shell which plays important role in formation of turbulent flow field, an innovative relation is introduced for modeling the effects of wind ribs on computation of wind pressure on cooling tower's shell. The introduced relation which follows the concept of equivalent sand roughness for the wall function is used in conjunction with two equations ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model. In this work, the effects of variation in the height/spacing ratio of external wind ribs are numerically investigated. Conclusions are made by comparison between computed pressure loads on external surface of cooling tower and the VGB (German guideline for cooling tower design) suggestions.
Casting defects, which are closely related to entrapped air bubbles and metallic oxides, occur very frequently in the casting process. Many researchers have shown that these defects can be reduced by adopting an appropriate gating system design. But, it is difficult for field engineers to identify a specific gating system that is more appropriate for their products. In this study, we tried to draw a comparison of gating system designs with and without ceramic foam filters. A ceramic foam filter was added to the horizontal runner just after the sprue to prevent air bubble generation and to reduce turbulence without change of the gating system design. To verify the effects of initial pouring velocity, the experiment was conducted with four different amounts of water volume in the reservoir. Results of the water modeling experiment applying the filter showed remarkably changed flow characteristics. Although the study confirmed that use of the filter may change the flow characteristics, it needs to be noted that only filter use alone cannot solve all the problems caused by a poorly designed gating system.
As a valid numerical method to obtain a high-resolution result of a flow field, computational fluid dynamics (CFD) have been widely used to study coolant flow and heat transfer characteristics in fuel rod bundles. However, the time-consuming, iterative calculation of Navier-Stokes equations makes CFD unsuitable for the scenarios that require efficient simulation such as sensitivity analysis and uncertainty quantification. To solve this problem, a reduced-order model (ROM) based on proper orthogonal decomposition (POD) and machine learning (ML) is proposed to simulate the flow field efficiently. Firstly, a validated CFD model to output the flow field data set of the rod bundle is established. Secondly, based on the POD method, the modes and corresponding coefficients of the flow field were extracted. Then, an deep feed-forward neural network, due to its efficiency in approximating arbitrary functions and its ability to handle high-dimensional and strong nonlinear problems, is selected to build a model that maps the non-linear relationship between the mode coefficients and the boundary conditions. A trained surrogate model for modes coefficients prediction is obtained after a certain number of training iterations. Finally, the flow field is reconstructed by combining the product of the POD basis and coefficients. Based on the test dataset, an evaluation of the ROM is carried out. The evaluation results show that the proposed POD-ROM accurately describe the flow status of the fluid field in rod bundles with high resolution in only a few milliseconds.
In order to properly evaluate the spatio-temporal variations of groundwater flow, the data obtained in field experiments should be corroborated into numerical simulations. Particle tracking method is a simple simulation tool often employed in groundwater simulation to predict groundwater flow paths or solute transport paths. Particle tracking simulations visually show overall the particle flow path along the entire aquifer, but no previous simulation studies has yet described the parameter values at grid nodes around the particle path. Therefore, in this study, a new technical approach was proposed that enables acquisition of parameters associated with particle transport in grid nodes distributed in the center of the particle path in groundwater. Since the particle tracking path is commonly referred to as streamline, the algorithm and codes developed in this works designated streamline analysis method. The streamline analysis method can be applied in two-dimensional and three-dimensional finite element or finite difference grid networks, and can be utilized not only in the groundwater field but also in all fields that perform numerical modeling.
The field of computational fluid dynamics(CFD) is rapidly approaching the stage where viscous flows over complex configurations are solved. However, the situation is not as promising when one considers a more complete configuration. CFD is not a banana, but a onion. The difficulties arise mainly because the task of generating the grids for modeling such complex geometries is tedious. The primary interest of the author is in the area of grid generation, in particular, duct flow calculations typically encountered in the internal flow. Pertinent examples will be cited to demonstrate the feasibility of solving viscous flow over practical duct configurations of current interest on grid topologies.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.3
s.234
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pp.314-321
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2005
Discrete Wavelet Transform (DWT) has been applied to the Direct Numerical Simulation (DNS) data of turbulent channel flow. DWT splits the turbulent flow into two orthogonal parts, one corresponding to coherent structures and the other to incoherent background flow. The coherent structure is extracted from not vorticity field but velocity's since the channel flow is not isoropic. By comparing DWT's result of channel flow with that of isotropic flow, it is shown that coherent structure maintains the properties of original channel flow. The velocity field of coherent structures can be represented by few wavelet modes and that these modes are sufficient to reproduce the velocity probability density function (PDF) and the energy spectrum over the entire inertial range. The remaining incoherent background flow is homogeneous, has small amplitude, and is uncorrelated. These results are compared with those obtained for the same compression rate using large eddy simulation (LES) filtering. In contrast to the incoherent background flow of DWT, the LES subgrid scales have a much larger amplitude and are correlated, which makes their statistical modeling more difficult.
Discrete Wavelet Transform (DWT) has been applied to the Direct Numerical Simulation (DNS) data of turbulent channel flow. DWT splits the turbulent flow into two orthogonal parts, one corresponding to coherent structures and the other to incoherent background flow. The coherent structure is extracted from not vorticity field but velocity's since the channel flow is not isotropic. By comparing DWT's result of channel flow with that of isotropic flow, it is shown that coherent structure maintains the properties of original channel flow. The velocity field of coherent structures can be represented by few wavelet modes and that these modes are sufficient to reproduce the velocity probability distribution function (PDF) and the energy spectrum over the entire inertial range. The remaining incoherent background flow is homogeneous, has small amplitude, and is uncorrelated. These results are compared with those obtained for the same compression rate using large eddy simulation (LES) filtering. In contrast to the incoherent background flow of DWT, the LES subgrid scales have a much larger amplitude and are correlated, which makes their statistical modeling more difficult.
The vacuum interrupter (VI) is widely used in medium-voltage switching circuits due to its abilities and advantages as an environmental friendly circuit breaker. An understanding of the vacuum arc flow phenomena is very important for improving the performance of vacuum interrupter. In order to closely examine the vacuum arc phenomena, it is necessary to predict the magnetohydrodynamic (MHD) characteristics by the multidisciplinary numerical modeling, which is coupled with the electromagnetic and the thermal flow fields, simultaneously. In this study, we have investigated arc plasma constriction phenomena and an effect of AMF on the arc plasma with the high-current vacuum arcs for the cup-type AMF electrode by using a commercial finite element analysis (FEA) package, ANSYS. The simulation results applied with various AMFs and constant Joule heat generation show that strong axial magnetic field (AMF) permits the arc to be maintained in a diffused mode to a high-current vacuum arc. However, further studies are required on the two-way coupling method and radiation model for arc plasma in order to accomplish the advanced analysis method.
A numerical method for the mathematical water modeling in 2-dimensional flow has been developed. The model based on a split operator technique, in which, the advection term is calculated using the upwind scheme. The diffusion term is one- dimensionalized and calculated using Crank-Nicholson's implicit finite difference scheme to reduce the numerical errors from large time steps and variable spacings. It also provides a relatively simple and economic method for more accurate simulation of pollutant dispersion. Water depths and flow velocities in the Boreyong reservoir during the normal water periods were predicted by numerical experiments with a 2-dimensional flow model so as to provide current field data for the study of advection and diffusion of pollutants. Developed 2-dimensional water quality model is applied to Boreyong reservoir to simulate a spatial and periodical changes of water quality.
The paper presents the results of 1:50 geometrical scale laboratory modeling of wind-induced point pressure on the roof of the Texas Tech University (TTU) test building. The nominal (prevalent at the TTU site) wind and two bounding (low and high turbulence) flows were simulated in a boundary-layer wind tunnel at Colorado State University. The results showed significant increase in the pressure peak and standard deviation with an increase in the flow turbulence. It was concluded that the roof mid-plane pressure sensitivity to the turbulence intensity was the cause of the previously reported field-laboratory mismatch of the fluctuating pressure, for wind normal and $30^{\circ}$-off normal to the building ridge. In addition, it was concluded that the cornering wind mismatch in the roof corner/edge regions could not be solely attributed to the wind-azimuth-independent discrepancy between the turbulence intensity of the approach field and laboratory flows.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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