Manderla, Maximilian;Kiniger, Karl N.;Koutnik, Jiri
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제8권2호
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pp.63-72
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2015
Water hammer phenomena are important issues for the design and the operation of hydro power plants. Especially, if several reversible pump-turbines are coupled hydraulically there may be strong unit interactions. The precise prediction of all relevant transients is challenging. Regarding a recent pump-storage project, dynamic measurements motivate an improved turbine modeling approach making use of a Thoma number dependency. The proposed method is validated for several transient scenarios and turns out to improve correlation between measurement and simulation results significantly. Starting from simple scenarios, this allows better prediction of more complex transients. By applying a fully automated simulation procedure broad operating ranges of the highly nonlinear system can be covered providing a consistent insight into the plant dynamics. This finally allows the optimization of the closing strategy and hence the overall power plant performance.
We fabricated multi-scale such as macro-, micro-, and multi-scale wrinkles by using repetitive volume dividing (RVD) method and thermal curing process. Also wrinkle surface was modified with coating of a self-assembled monolayer (SAM). We measured the contact angle of each wrinkled surface, and observed the behavior of droplets on sloping surface. Through experimental study, we found out that the contact angle was much higher in case of multi-scale and SAM coated wrinkles. And micro-scale wrinkle showed a high contact angle comparing with that of macro-scale wrinkle. Dynamic behaviors of a water droplet like sliding velocity on diverse wrinkled surfaces were dependent on their static contact angles. These results showed that hydro-dynamic characteristics were changed depending on the wrinkle structure and the material forming the wrinkle. These dynamic characteristics can be utilized in bio-chip, microfluidics, and many others in order to control easily chemical reactivity.
Dissolved air flotation (OAF) is a solid-liquid separation system that uses fine bubbles rising from bottom to remove particles in water. In this study, we investigated the effect of L/W (L; Length, W; Width) on the hydro-dynamic behavior in DAF system using CFD (Computational Fluid Dynamics) and ADV (Acoustic Doppler Velocimetry) technique. The factual full-scale DAF system, L/W ratio of 1:1, was selected and various L/W ratio (2:1, 3:1, 4:1 and 5:1) conditions were simulated with CFD. For modelling, 2-phase (gas-liquid) flow equations for the conservation of mass, momentum and turbulence quantities were solved using an Eulerian-Eulerian approach based on the assumption that very small particle is applied in the DAF system. Also, for verification of CFD simulation results, we measured the factual velocity at some points in the full-scale DAF system with ADV technique. Both the simulation and the measurement results were in good accordance with each other. As the results of this study, we concluded that L/W ratio and outlet geometry play important role for flow pattern and fine bubble distribution in the flotation zone. In the ratio of 1:1, the dead zone is less than those in other cases. On the other hands, in the ration of 3:1, the fine bubbles were more evenly distributed.
Flemming, Felix;Foust, Jason;Koutnik, Jiri;Fisher, Richard K.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제2권4호
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pp.315-323
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2009
Pressure oscillations triggered by the unstable interaction of dynamic flow features of the hydraulic turbine with the hydraulic plant system - including the electrical design - can at times reach significant levels and could lead to damage of plant components or could reduce component lifetime significantly. Such a problem can arise for overload as well as for part load operation of the turbine. This paper discusses an approach to analyze the overload high pressure oscillation problem using computational fluid dynamic (CFD) modeling of the hydraulic machine combined with a network modeling technique of the hydraulic system. The key factor in this analysis is the determination of the overload vortex rope volume occurring within the turbine under the runner which is acting as an active element in the system. Two different modeling techniques to compute the flow field downstream of the runner will be presented in this paper. As a first approach, single phase flow simulations are used to evaluate the vortex rope volume before moving to more sophisticated modeling which incorporates two phase flow calculations employing cavitation modeling. The influence of these different modeling strategies on the simulated plant behavior will be discussed.
This study describes a dynamic model of the hydroforming process which is used for precision forming of sheet metals. To help the controller design for the control of the forming pressure needed for this process as well as to investigate the effect of system parameters on the dynamic behavior, dynamic modeling is performed with emphasis on hydraulic servo system which actuates the forming machine. Since the model contains several unknown parameters, these were estimated via a least square parameter identification method. Based upon the identified model, a series of simulations were performed for various operating conditions. The results were compared with those of the experiments to verify the validity of the proposed model. The comparison study shows that the proposed dynamic model can describe dynamic behavior of the forming pressure of the hydroforming process to desirable accuracy.
KHNP had licensed Dynamic Control rod Reactivity Measurement (DCRM) method using detector current signals of PWRs in 2006. The method has been applied to all PWRs in Korea for about 15 years successfully. However, the original method was inapplicable to PWRs using low-sensitivity integral fission chamber as ex-core detectors because of their pulse pile-up and the nonlinearity of the mean-square voltage at low power region. Therefore, to overcome this disadvantage, a modified method, DCRM-EK, was developed using kinetics behavior after equilibrium condition where the pulse counts maintain the maximum value before pulse pile-up. Overall measurement, analysis procedure, and related computer codes were changed slightly to reflect the site test condition. The new method was applied to a total of 15 control rods of 1000 MWe and 1400 MWe PWRs in Korea with worths in the range of 200 pcm -1200 pcm. The results show the average difference of -0.4% and the maximum difference of 7.1% compared to the design values. Therefore, the new DCRM-EK will be applied to PWRs using low sensitivity integral fission chambers, and also can replace the original DCRM when the evaluation fails by big noises present in current or voltage signals of uncompensated/compensated ion chambers.
Many hydraulic structures are damaged by under flood flow and storm waves year after year. Many cases of dike and breakwater failure are caused by the suck out of sand from behind the revetment. This type of failure will be in close relation to the dynamic behavior of sand bed around the revetment. In this paper, from this point of view we investigated the basic characteristics of such sand movement by small model tests and tried to explanation the hydro- and soil mechanical mechanism of this phenomenon
theoretically.
Koirala, Ravi;Chitrakar, Sailesh;Neopane, Hari Prasad;Chhetri, Balendra;Thapa, Bhola
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제10권1호
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pp.1-8
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2017
Bifurcation refers to wye division of penstock to divide the flow symmetrically or unsymmetrically into two units of turbine for maintaining economical, technical and geological substrates. Particularly, water shows irrelevant behavior when there is a sudden change in flow direction, which results into the transition of the static and dynamic behavior of the flow. Hence, special care and design considerations are required both hydraulically and structurally. The transition induced losses and extra stresses are major features to be examined. The research on design and analysis of bifurcation is one of the oldest topics related to R&D of hydro-mechanical components for hydropower plants. As far as the earlier approaches are concerned, the hydraulic designs were performed based on graphical data sheet, head loss considerations and the mechanical analysis through simplified beam approach. In this paper, the multi prospect approach for design of Bifurcation, incorporating the modern day's tools and technology is identified. The hydraulic design of bifurcation is a major function of dynamic characteristics of the flow, which is performed with CFD analysis for minimum losses and better hydraulic performances. Additionally, for the mechanical design, a simplified conventional design method as pre-estimation and Finite Element Method for a relevant result projections were used.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제3권4호
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pp.352-359
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2010
In recent years, the market has shown increasing interest in pump-turbines. The prompt availability of pumped storage plants and the benefits to the power system achieved by peak lopping, providing reserve capacity, and rapid response in frequency control are providing a growing advantage. In this context, there is a need to develop pumpturbines that can reliably withstand dynamic operation modes, fast changes of discharge rate by adjusting the variable diffuser vanes, as well as fast changes from pumping to turbine operation. In the first part of the present study, various flow patterns linked to operation of a pump-turbine system are discussed. In this context, pump and turbine modes are presented separately and different load cases are shown in each operating mode. In order to create modern, competitive pump-turbine designs, this study further explains what design challenges should be considered in defining the geometry of a pump-turbine impeller. The second part of the paper describes an innovative, staggered approach to impeller development, applied to a low head pump-turbine project. The first level of the process consists of optimization strategies based on evolutionary algorithms together with 3D in-viscid flow analysis. In the next stage, the hydraulic behavior of both pump mode and turbine mode is evaluated by solving the full 3D Navier-Stokes equations in combination with a robust turbulence model. Finally, the progress in hydraulic design is demonstrated by model test results that show a significant improvement in hydraulic performance compared to an existing reference design.
Akbarov, Surkay D.;Ismailov, Meftun I.;Aliyev, Soltan A.
Coupled systems mechanics
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제6권4호
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pp.439-464
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2017
The hydro-elastic system consisting of a pre-stretched highly elastic plate, compressible Newtonian viscous fluid, and the rigid wall is considered and it is assumed that on the plate a lineal-located time-harmonic force acts. It is required to investigate the dynamic behavior of this system and determine how the problem parameters and especially the pre-straining of the plate acts on this behavior. The elasticity relations of the plate are described through the harmonic potential and linearized (with respect to perturbations caused by external time-harmonic force) form of these relations is used in the present investigation. The plane-strain state in the plate is considered and the motion of that is described within the scope of the three-dimensional linearized equations of elastic waves in elastic bodies with initial stresses. The motion of the fluid is described by the linearized Navier-Stokes equations and it is considered the plane-parallel flow of this fluid. The Fourier transform with respect to the space coordinate is applied for a solution to the corresponding boundary-value problem. Numerical results on the frequency response of the interface normal stress and normal velocity and the influence of the initial stretching of the plate on this response are presented and discussed. In particular, it is established that the initial stretching of the plate can decrease significantly the absolute values of the aforementioned quantities.
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