Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Nazira;Mohamed, Salwa A.
Smart Structures and Systems
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v.26
no.2
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pp.213-226
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2020
In this manuscript, static and dynamic behaviors of geometrically imperfect carbon nanotubes (CNTs) subject to different types of end conditions are investigated. The Doublet Mechanics (DM) theory, which is length scale dependent theory, is used in the analysis. The Euler-Bernoulli kinematic and nonlinear mid-plane stretching effect are considered through analysis. The governing equation of imperfect CNTs is a sixth order nonlinear integro-partial-differential equation. The buckling problem is discretized via the differential-integral-quadrature method (DIQM) and then it is solved using Newton's method. The equation of linear vibration problem is discretized using DIQM and then solved as a linear eigenvalue problem to get natural frequencies and corresponding mode shapes. The DIQM results are compared with analytical ones available in the literature and excellent agreement is obtained. The numerical results are depicted to illustrate the influence of length scale parameter, imperfection amplitude and shear foundation constant on critical buckling load, post-buckling configuration and linear vibration behavior. The current model is effective in designing of NEMS, nano-sensor and nano-actuator manufactured by CNTs.
High-resolution wind data were acquired from a 100-m high offshore tower during the passage of Typhoon Hagupit in September, 2008. The meteorological tower was equipped with an ultrasonic anemometer and a number of cup anemometers at heights between 10 and 100 m. Wind characteristics of the strong typhoon, such as mean wind speed and wind direction, turbulence intensity, turbulence integral length scale, gust factor and power spectra of wind velocity, vertical profiles of mean wind speed were investigated in detail based on the wind data recorded during the strong typhoon. The measured results revealed that the wind characteristics in different stages during the typhoon varied remarkably. Through comparison with non-typhoon wind measurements, the phenomena of enhanced levels of turbulence intensity, gust factors, turbulence integral length scale and spectral magnitudes in typhoon boundary layer were observed. The monitored data and analysis results are expected to be useful for the wind-resistant design of offshore structures and buildings on seashores in typhoon-prone regions.
Tornadoes are the most devastating meteorological natural hazards. Many empirical and theoretical numerical models of tornado vortex have been proposed, because it is difficult to carry out direct measurements of tornado velocity components. However, most of existing numerical models fail to explain the physical structure of tornado vortices. The present paper proposes a new empirical numerical model for a tornado vortex, and its load effects on a low-rise and a tall building are calculated and compared with those for existing numerical models. The velocity components of the proposed model show clear variations with radius and height, showing good agreement with the results of field measurements, wind tunnel experiments and computational fluid dynamics. Normal stresses in the columns of a low-rise building obtained from the proposed model show intermediate values when compared with those obtained from existing numerical models. Local forces on a tall building show clear variation with height and the largest local forces show similar values to most existing numerical models. Local forces increase with increasing turbulence intensity and are found to depend mainly on reference velocity Uref and moving velocity Umov. However, they collapse to one curve for the same normalized velocity Uref / Umov. The effects of reference radius and reference height are found to be small. Resultant fluctuating force of generalized forces obtained from the modified Rankine model is considered to be larger than those obtained from the proposed model. Fluctuating force increases as the integral length scale increases for the modified Rankine model, while they remain almost constant regardless of the integral length scale for the proposed model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.3
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pp.846-857
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1995
An experimental study is made of turbulent shear flows in a nearly two-dimensional 90.deg. curved duct by using the hot-wire anemometer. The Reynolds normal and shear stresses, triple velocity products, integral length scales, Taylor micro length scales and dissipation length scales are measured and analyzed. For a positive shear at the inlet, the afore-mentioned turbulence quantities are all suppressed. However, when the inlet shear flow is negative, they are augmented, i.e., the convex curvature suppresses the turbulence whereas the concave curvature augments it. It is found that the curvature effects are rather sensitive to the triple velocity products than the Reynolds stresses. The evolution of turbulence under the curvature with the different shear conditions is well described by the modified curvature parameter S' and the non-dimensional development time ${\tau}$.'
A modified k-$\epsilon$ model is proposed for calculation of transitional boundary layer flows. In order to develop the eddy viscosity model for the problem, the flow is divided into three regions; namely, pre-transition region, transition region and fully turbulent region. The pre-transition eddy-viscosity is formulated by extending the mixing Length concept. In the transition region, the eddy-viscosity model employs two length scales, i.e., pre-transition length scale and turbulent length scale pertaining to the regions upstream and the downstream, respectively, and a university model of stream-wise intermittency variation is used as a function bridging the pre-transition region and the fully turbulent region. The proposed model is applied to calculate three benchmark cases of the transitional boundary layer flows with different free-stream turbulent intensity ( $1\%{\~}6\%$ ) under zero-pressure gradient. It was found that the profiles of mom velocity and turbulent intensity, local maximum of velocity fluctuations, their locations as well as the stream-wise variation of integral properties such as skin friction, shape factor and maximum velocity fluctuations are very satisfactorily Predicted throughout the flow regions.
A characterization of turbulent reacting flows has proved difficult owing to the complex interaction between turbulence, mixing, and combustion chemistry. There are many types of time scales in turbulent flame which can determine flame structure. This counter jet type premixed burner produces high intensity turbulence. The goal is to gain better insights into the flame structures at high turbulence. 6 propane/air flames gave been studied with high velocity fluctuation in bundle type nozzle and in one hole type nozzle. By measuring velocity fluctuation, turbulent intensity and integral length scale are obtained. And sets of OH LIF images were processed to see flame structure of the mean flame curvatures and flame lengths for comparison with turbulence intensity and turbulent length scales. The results show that the decrease in nozzle size generates smaller flow eddy and mean curvatures of the flame fronts, and a decrease in Damkohler number estimated from flow time scale measurement.
Full-scale wind characteristics based on the field measurements is an essential element in structural wind engineering. Statistical analysis of the wind characteristics at Sutong Cable-stayed Bridge (SCB) site is conducted in this study with the recorded long-term wind data from structural health monitoring system (SHMS) between 2008 and 2015. Both the mean and turbulent wind characteristics and power spectra are comprehensively investigated and compared with those in the current codes of practice, such as the measured wind rose diagram, monthly maximum mean wind speed, turbulence intensity, integral length scale. Measurement results based on the monitoring data show that winds surrounding the SCB site are substantially influenced by the southeast monsoon in summer and strong northern wind in winter. The measured turbulence intensity is slightly higher than the recommended values in specifications, while the measured ratio of lateral to longitudinal turbulence intensity is slightly lower. An approximately linear relationship between the measured turbulence intensities and gust factors is obtained. The mean value of the turbulence integral length scale is smaller than that of typical typhoon events. In addition, it is found that the Kaimal spectrum is suitable to be adopted as the power spectrum for longitudinal wind component at the SCB site. This contribution would provide important wind characteristic references for the wind performance evaluation of SCB and other civil infrastructures in adjacent regions.
Zone conditional formulations for the Reynolds average reaction progress variable are used to derive an asymptotic expression for turbulent burning velocity. New DNS runs are performed for validation in a statistically one dimensional steady state configuration. Parametric study is performed with respect to turbulent intensity, integral length scale, density ratio and laminar flame speed. Results show good agreement between DNS results and the asymptotic expression in terms of measured maximum flame surface density and estimated turbulent diffusivity in unburned gas.
Zone conditional formulation for the Reynolds average reaction progress variable is used to derive an asymptotic expression for turbulent burning velocity. New DNS runs are performed for validation in a statistically one dimensional steady state configuration. Parametric study is performed with respect to turbulent intensity, integral length scale, density ratio and laminar flame speed. Results show good agreement between DNS results and the asymptotic expression in terms of measured maximum flame surface density and estimated turbulent diffusivity in unburned gas.
Heat (mass) transfer characteristics have been investigated on the endwall of a large-scale linear turbine cascade passage under a combustor-level high free-stream turbulence with a large length scale. Local heat (mass) transfer coefficients are measured by using the naphthalene sublimation technique. The result shows that local heat (mass) transfer on the endwall is greatly enhanced in the central region of the turbine passage, but there is no noticeable change in the local heat (mass) transfer in the region suffering severe heat load. Under the high free-stream turbulence, the local heat (mass) transfer coefficient shows more uniform distribution and its average value across the whole endwall region is increased by 26% of that at low turbulence condition. The heat (mass) transfer data on the endwall strongly supports that well-organized vortices near the endwall tends to suffer an suppression by the high free-stream turbulence.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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