In this paper, three-dimensional free-surface flows are simulated by using two different numerical methods, the constrained interpolation profile (CIP)-based and finite volume (FV)-based methods. In the CIP-based method, the governing equations are solved on stationary staggered Cartesian grids by a finite difference method, and an immersed boundary technique is applied to deal with wave-body interactions. In the FV-based method, the governing equations are solved by applying collocated finite volume discretization, and body-fitted meshes are used. A free-surface boundary is considered as the interface of the multi-phase flow with air and water, and a volumeof-fluid (VOF) approach is applied to trace the free surface. Among many variations of the VOF-type method, the tangent of hyperbola for interface capturing (THINC) and the compressive interface capturing scheme for arbitrary meshes (CICSAM) techniques are used in the CIP-based method and FV-based method, respectively. Numerical simulations have been carried out for dam-breaking and wave-body interaction problems. The computational results of the two methods are compared with experimental data and their differences are observed.
KIM Beom-Seok;LEE Jin-Seok;KIM Jeong-Hwan;LEE Do-Hyung;LEE Young-Ho
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2002.05a
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pp.140-145
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2002
The purpose of this 3-D numerical simulation is to calculate and examine a 500 kW Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) power performance and compare to calculation data(BEM method) from Delft University. The experimental approach, which has been the main method of investigation, appears to be reaching its limits, the cost increasing relate with the size of wind turbines. Hence, the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques and Navier-Stokes Solvers are considered a very serious contender. We has used the CFD software package CFX-TASC flow as a modeling tool to predict the power performance of a wind turbine on the basis of its geometry and operating data. The wind turbine with 40m diameters rotor, it was scaled to compare with the calculation data from delft university. The HAWT, which has eight-rpm variations are investigated respectively. The pitch angle is $+0.5^{\circ}$ and wind speed is fixed at 5m/s. The tip speed ratio (TSR) of the HAWT ranging from 2.89 to 9.63.
Zamani, Mahdi;Maghrebi, Mohammad Javad;Moshizi, Sajad A.
Wind and Structures
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v.22
no.5
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pp.595-616
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2016
Providing high starting torque and efficiency simultaneously is a significant challenge for vertical axis wind turbines (VAWTs). In this paper, a new approach is studied in order to modify VAWTs performance and cogging torque. In this approach, J-shaped profiles are exploited in the structure of blades by means of eliminating the pressure side of airfoil from the maximum thickness toward the trailing edge. This new profile is a new type of VAWT airfoil using the lift and drag forces, thereby yielding a better performance at low TSRs. To simulate the fluid flow of the VAWT along with J-shaped profiles originated from NACA0018 and NACA0030, a two-dimensional computational analysis is conducted. The Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are closed using the two-equation Shear Stress Transport (SST) turbulence model. The main objective of the study is to investigate the effects of J-shaped straight blade thickness on the performance characteristics of VAWT. The results obtained indicate that opting for the higher thickness in J-shaped profiles for the blade sections leads the performance and cogging torque of VAWT to enhance dramatically.
Oh, Dong-Wook;Kim, Young;Choi, Jun Seok;Yoon, Seok Ho
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.26
no.12
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pp.600-604
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2014
Longitudinal heat conduction is known to be an important factor in the design of a printed circuit heat exchanger(PCHE) for cryogenic applications. Parasitic heat conduction through the heat exchanger frame needs to be considered because it is known to decrease the effectiveness of the heat exchanger. In this paper, a conjugate heat transfer problem in a simple counter-flow PCHE is analyzed by a computational fluid dynamics simulation. The effect of longitudinal conduction in a straight channel is compared with the theoretical effectiveness-NTU relationship that assumes a "thin" heat exchanger frame. The calculation results suggest that the theoretical model is valid in the present calculation conditions where NTU is < 13.
Nanoimprint lithography (NIL) is one of the most versatile and promising technology for micro/nano-patterning due to its simplicity, high throughput and low cost. Recently, one of the major trends of NIL is large-area patterning. Especially, the research of the application of NIL to TFT-LCD field has been increasing. Technical difficulties to keep the uniformity of the residual layer, however, become severer as the imprinting area increases. In this paper we performed a numerical study for a large area NIL (the $2^nd$ generation TFT-LCD glass substrate ($370{\times}470$ mm)) by using finite element method. First, a simple model considering the surrounding wall was established in order to simulate effectively and reduce the computing time. Then, the volume of fluid (VOF) and grid deformation method were utilized to calculate the free surfaces of the resist flow based on an Eulerian grid system. From the simulation, the velocity fields and the imprinting pressure during the filling process in the NIL were analyzed, and the effect of the surrounding wall and the uniformity of residual layer were investigated.
Lee, Jin-Wook;Min, Kyung-Duk;Kang, Kern-Yong;Gavaises, M.;Arcoumanis, C.
Journal of ILASS-Korea
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v.9
no.4
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pp.38-45
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2004
This study describes the analysis results of unsteady cavitating flows behavior inside nozzle of the prototype piezo-driven injector. This piezo-driven injector has been recognised as one of the next generation diesel injector due to a higher driven efficiency than the conventional solenoid-driven injector. The three dimensional geometry model along the central cross-section regarding of one injection hole has been used to simulate the cavitating flows for injection time by at fully transient simulation with cavitation model. The cavitation model incorporates many of the fundamental physical processes assumed to take place in cavitating flows. The simulations performed were both fully transient and 'pseudo' steady state, even if under steady state boundary conditions. We could analyze the effect the pressure drop to the sudden acceleration of fuel, which is due to the fastest response of needle, on the degree of cavitation existed in piezo-driven injector nozzle
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.6
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pp.782-793
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2018
A small-scale horizontal axis hydrokinetic turbine is designed, manufactured and studied both experimentally and numerically in this study. The turbine is expected to work in most of China's sea areas where the ocean current velocity is low and to supply electricity for remote islands. To improve the efficiency of the turbine at low flow velocities, a magnetic coupling is used for the non-contacting transmission of the rotor torque. A prototype is manufactured and tested in a towing tank. The experimental results show that the turbine is characterized by a cut-in velocity of 0.25 m/s and a maximum power coefficient of 0.33, proving the feasibility of using magnetic couplings to reduce the resistive torque in the transmission parts. Three dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations, which are based on the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, are then performed to evaluate the performance of the rotor both at transient and steady state.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.8
no.4
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pp.32-40
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2012
Geothermal heat pump(GHP) systems use vertical borehole heat exchangers to transfer heat to and from the surrounding ground via a heat carrier fluid that circulates between the borehole and the heat pump. An Important feature associated with design parameters and system performance is the local thermal resistances between the heat carrier flow channels in the borehole and the surrounding ground. This paper deals with the in-situ experimental determination of the effective thermal properties of the ground. The recorded thermal responses together with the line-source theory are used to determine the thermal conductivity and thermal diffusivity, and the steady-state borehole thermal resistance. In addition, this paper compares the experimental borehole resistance with the results from the different empirical and theoretical relations to evaluate this resistance. Further, the performance simulation of a GHP system with vertical borehole heat exchangers was conducted to analyze the effect of the borehole thermal resistance on the system performance.
Bottom ash from a coal-fired power plant is usually landfilled to a nearby site, which causes a growing environmental concern and increased operating costs. One way of recycling the bottom ash is to produce light-weight aggregate (LWA) using a rotary kiln. This study investigated the temperature profiles of raw LWA particles in a rotary kiln to identify the range of operating conditions appropriate for ideal bloating. For this purpose, a new simulation method was developed to integrate a 1-dimensional model for the bed of LWA particles and the computational fluid dynamics (CFD) for the fuel combustion and gas flow. The temperature of LWA particles was found very sensitive to the changes in the air preheating temperature and excess air ratio. Therefore, an accurate control of the operation parameters was essential to achieve the bloating of LWA particles without excessive sintering or melting.
Wanninger, Andreas;Seidl, Marcus;Macian-Juan, Rafael
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.2
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pp.297-305
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2018
Fuel assembly (FA) bow in pressurized water reactor (PWR) cores is considered to be a complex process with a large number of influencing mechanisms and several unknowns. Uncertainty and sensitivity analyses are a common way to assess the predictability of such complex phenomena. To perform such analyses, a structural model of a row of 15 FAs in the reactor core is implemented with the finite-element code ANSYS Mechanical APDL. The distribution of lateral hydraulic forces within the core row is estimated based on a two-dimensional Computational Fluid Dynamics model with porous media, assuming symmetric or asymmetric core inlet and outlet flow profiles. The influence of the creep rate on the bow amplitude is tested based on different creep models for guide tubes and fuel rods. Different FA initial states are considered: fresh FAs or FAs with higher burnup, which may be initially straight or exhibit an initial bow from previous cycles. The simulation results over one reactor cycle demonstrate that changes in the creep rate and the hydraulic conditions may have a considerable impact on the bow amplitudes and the bow patterns. A good knowledge of the specific creep behavior and the hydraulic conditions is therefore crucial for making reliable predictions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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