Yuan, Yao;Xu, Ye-Shuang;Shen, Jack S.;Wang, Bruce Zhi-Feng
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.5
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pp.467-477
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2018
Estimation of hydraulic parameters is a critical step during design of foundation dewatering works. When many piles are installed in an aquifer, estimation of the hydraulic conductivity should consider the blocking of groundwater seepage by the piles. Based on field observations during a dewatering project in Shanghai, hydraulic conductivities are back-calculated using a numerical model considering the actual position of each pile. However, it is difficult to apply the aforementioned model directly in field due to requirement to input each pile geometry into the model. To develop a simple numerical model and find the optimal hydraulic conductivity, three scenarios are examined, in which the soil mass containing the piles is considered to be a uniform porous media. In these three scenarios, different sub-regions with different hydraulic conductivities, based on either automatic inverted calculation, or on effective medium theory (EMT), are established. The results indicate that the error, in the case which determines the hydraulic conductivity based on EMT, is less than that determined in the automatic inversion case. With the application of EMT, only the hydraulic conductivity of the soil outside the pit should be inverted. The soil inside the pit with its piles is divided into sub-regions with different hydraulic conductivities, and the hydraulic conductivity is calculated according to the volume ratio of the piles. Thus, the use of EMT in numerical modelling makes it easier to consider the effect of piles installed in an aquifer.
To investigate the effect of spatial variability on hydraulic properties of unsaturated soils, a numerical model is set up which can simulate seepage process in an unsaturated heterogeneous soil. The unsaturated heterogeneous soil is composed of matrix sand embedded with a small proportion of clay for simulating the heterogeneity. Soil-water characteristic curve and unsaturated hydraulic conductivity curve of the unsaturated soil are expressed by Van Genuchten model. Hydraulic parameters of the matrix sand are considered as random fields. Different autocorrelation lengths (ACLs) of hydraulic parameter of the matrix sand and different proportions of clay are assumed to investigate the influence of spatial variability on the equivalent hydraulic properties of the heterogeneous soil. Four model sizes are used in the numerical experiments to investigate the influence of scale effects and to determine the sizes of representative volume element (RVE) in the numerical simulations. Through a number of Monte Carlo simulations of unsaturated seepage analysis, the means and the coefficients of variations (COVs) of the equivalent hydraulic parameters of the heterogeneous soil are calculated. Simulations show that the ACL and model size has little influence on the means of the equivalent hydraulic parameters, but they have a large influence on the COVs of the equivalent hydraulic parameters. The size of an RVE is mainly affected by the ACL and the proportion of heterogeneity. The influence of spatial variability on the hydraulic parameters of the heterogeneous unsaturated soil can be used as a guidance for geotechnical reliability analysis and design related to unsaturated soils.
Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society
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v.2
no.4
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pp.7-13
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2005
This paper presents modeling and ostimator/controller design for the hydraulic system in Vehicle Stability Control(VSC) system. A nonlinear mathematical model of the VSC hydraulic system is proposed and its accuracy is experimentally verified. A brake pressure estimator is then designed based on the derived mathematical model of VSC hydraulic system. And a disturbance observer, which compensates the estimation error between the brake pressure and the computed brake pressure is also designed to enhance the accuracy of the estimator. The proposed controller has the form of a feedback controller and determines explicitly the on/off ratio of valves' driving PWM signals by means of making use of the simplified mathematical model in the VSC hydraulic system. The performance of the designed controller whose feedback signal is generated by the brake pressure estimator is validated through experimental results.
Hydraulic manipulators have been widely used in many different fields due to their high force/torque to inertia ratio. The increased speed of hydraulic manipulators requires solutions to problems ranging from mechanical design to the need to determine a robot model suitable for model-based control. As a solution, this paper presents the integration of SolidWorks with Simscape for designing and controlling hydraulic manipulators. The integration provides a platform for the rapid control prototyping of a hydraulic robot without the need to build actual prototypes. The mechanical drawings of a manipulator are first created using Solidworks and are then imported into Simscape, where the manipulator is represented by connected block diagrams based on the principle of physical modeling. Simulation examples for a 3D manipulator made by KNR SYSTEM INC are verified to show the effectiveness of the presented platform.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.400-408
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2009
Optimization of seal geometries can reduce significantly the energetic losses in a hydraulic seal [1], especially for high head runner turbine. In the optimization process, a reliable prediction of the losses is needed and CFD is often used. This paper presents numerical experiments to determine an adequate CFD model for straight, labyrinth and stepped hydraulic seals used in Francis runners. The computation is performed with a finite volume commercial CFD code with a RANS low Reynolds turbulence model. As numerical computations in small radial clearances of hydraulic seals are not often encountered in the literature, the numerical results are validated with experimental data on straight seals and labyrinth seals. As the validation is satisfactory enough, geometrical optimization of hydraulic seals using CFD will be studied in future works.
Lin, P.;Li, S.C.;Xu, Z.H.;Li, L.P.;Huang, X.;He, S.J.;Chen, Z.W.;Wang, J.
Geomechanics and Engineering
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v.13
no.6
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pp.947-961
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2017
An innovative spiral variable-section capillary model is established for piping critical hydraulic gradient of cohesion-less soils causing water/mud inrush in tunnels. The relationship between the actual winding seepage channel and grain-size distribution, porosity, and permeability is established in the model. Soils are classified into coarse particles and fine particles according to the grain-size distribution. The piping critical hydraulic gradient is obtained by analyzing starting modes of fine particles and solving corresponding moment equilibrium equations. Gravities, drag forces, uplift forces and frictions are analyzed in moment equilibrium equations. The influence of drag force and uplift force on incipient motion is generally expounded based on the mechanical analysis. Two cases are studied with the innovative capillary model. The critical hydraulic gradient of each kind of sandy gravels with a bimodal grain-size-distribution is obtained in case one, and results have a good agreement with previous experimental observations. The relationships between the content of fine particles and the critical hydraulic gradient of seepage failure are analyzed in case two, and the changing tendency of the critical hydraulic gradient is accordant with results of experiments.
The hydrological simulation program FORTRAN (HSPF) is a comprehensive watershed model that employs the hydraulic function table (FTABLE) (depth-area-volume-flow relationship) to represent the geometric and hydraulic properties of water bodies. The hydraulic representation of the HSPF model mainly depends on the accuracy of the FTABLES. These hydraulic representations determine the response time of water quality state variables and also control the scour, deposition, and transport of sediments in the water body. In general, FTABLES are automatically generated based on reach information such as mean depth, mean width, length, and slope along with a set of standard assumptions about the geometry and hydraulics of the channel, so these FTABLES are unable to accurately describe the geometry and hydraulic behavior of rivers and reservoirs. In order to compensate the weakness of HSPF for hydraulic modeling, we generated alternate method to improve the accuracy of FTABLES for rivers, using the surveyed cross sections and rating curves. The alternative method is based on the hydraulics simulated by HEC-RAS using the surveyed cross sections and rating curves, and it could significantly improve the accuracy of FTABLES. Although the alternate FTABLE greatly improved the hydraulic accuracy of the HSPF model, it had little effect on the hydrological simulation.
Since water flow in the ground depends on the pore structure composed of soil grains, equations to predict the hydraulic properties based on the grain size have low accuracy. This paper presents a methodology to compute constriction-pore size distribution by Silveria's method and estimate saturated and unsaturated hydraulic properties of soils. Well-graded soil shows a uni-modal pore size distribution, and poor-graded soil does a bimodal distribution. Among theoretical models for saturated hydraulic conductivity using pore size distribution, Marshall model is well-matched with experimental results. Model formulas for soil-water characteristic curves and unsaturated hydraulic conductivity using the pore size distribution are proposed for hydraulic analysis of unsaturated soil. Continuous research is needed to select a model suitable to estimate hydraulic properties by applying the developed model formulas to various soils.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.3
no.4
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pp.907-914
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1999
This paper studies on the model identification of electro-hydraulic servo systems, which are composed of servo valves, double-rod cylinder and load mass. The identified plant is described as a discrete-time ARX or ARMAX model which is respectively obtained from the identification algorithms of least square error method, instrumental variable method and prediction error method. where a nominal model and the variation of model parameters are quantitatively evaluated.
In the thermal-hydraulic system codes, such as MARS and RELAP5/MOD3, the Savannah River Laboratory (SRL) model has been adopted as a subcooled boiling model. It, however, has been shown that the SRL model cannot take into account appropriately the effects of inlet liquid velocity and hydraulic diameter on axial void fraction development. To overcome the problems, Ha et al. (2018) proposed a modified SRL model, which is applicable to low-pressure and low-Pe conditions (P < 9.83 bar and $Pe{\leq}70,000$) only. In this work, the authors extended the modified SRL model by proposing a new net vapor generation (NVG) model and a wall evaporation model so that the new subcooled boiling model can cover a wide range of thermal-hydraulic conditions with pressures ranging from 1.1 to 69 bar, heat fluxes of $97-1186kW/m^2$, Pe of 3600 to 329,000, and hydraulic diameters of 5-25.5 mm. The new model was implemented in the MARS code and has been assessed using various subcooled boiling experimental data. The results of the new model showed better agreements with measured void fraction data, especially at low-pressure conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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