International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.799-809
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2020
In this study, the supercavitating flow of a high-velocity moving body near air-water surface is calculated and analyzed based on a commercial CFD software ANSYS Fluent. The effect of regular wave parameters including both wave height and wavelength on the cavitating flow and force characteristics of a body at different velocities is investigated. It is found that the cavity shape, lift coefficient and drag coefficient of the body vary periodically with wave fluctuation, and the variation period is basically consistent with wave period. When the wavelength is much greater than the cavity length, the effect of wave on supercavitation is the alternating effect of axial compression and radial compression. However, when the wavelength varies around the cavity length, the cavity often crosses two adjacent troughs and is compressed periodically by the two wave troughs. With the variation of wavelength, the average area of cavity shows a different trend with the change of wave height.
Andrea Allio ;Antonio Buffo ;Daniele Marchisio;Laura Savoldi
Nuclear Engineering and Technology
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제55권3호
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pp.1152-1166
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2023
The bubbly flow of air or steam in subcooled water are investigated here in several test cases, characterized by different pipe sizes, bubble dimensions and flow rates, by means of CFD using a Eulerian-Eulerian approach. The performance of models that differ for the turbulence closure in the continuous phase, as well as for the description of the lift force on the dispersed phase, are compared in detail. When air is considered, the space of the experimental parameters leading to a reasonable performance for the selected models are identified and discussed, while the issues left in the modelling of the concurrent condensation are highlighted for the cases where steam is used.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권1호
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pp.8-16
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2017
Most of small air vehicles with moving wing fly at low Reynolds number condition and the reduced frequency of the moving wing ranges from 0.0 to 1.0. The physical phenomena over the wing dramatically vary with the reduced frequency. This study examines experimentally the effect of the reduced frequency at low Reynolds number. The NACA0012 airfoil performs sinusoidal pitching motion with respect to the quarter chord with the four reduced frequencies of 0.1, 0.2, 0.4 and 0.76 at the Reynolds number $2.3{\times}10^4$. Smoke-wire flow visualization, unsteady surface pressure measurement, and unsteady force calculation are conducted. At the reduced frequency of 0.1 and 0.2, various boundary layer events such as reverse flow, discrete vortices, separation and reattachment change the amplitude and the rotation direction of the unsteady force hysteresis. However, the boundary layer events abruptly disappear at the reduced frequency of 0.4 and 0.76. Especially at the reduced frequency of 0.76, the local variation of the unsteady force with respect to the angle of attack completely vanishes. These results lead us to the conclusion that the unsteady aerodynamic characteristics of the reduced frequency of 0.2 and 0.4 are clearly distinguishable and the unsteady aerodynamic characteristics below the reduced frequency of 0.2 are governed by the boundary layer events.
최근 들어 산업현장에서는 생산성의 향상, 노무비의 증가 및 노동력의 부족, 안전성 등을 이유로 자동생산시스템과 운반용 동력기계와 같은 기구를 도입하여 작업자 스스로가 자신의 근력을 이용한 인력운반(Manual Materials Handling : MMH) 작업이 줄어들고 있는 추세라고 하지만, 실제로 비탈진 경사면에 위치한 농장이나 과수원, 항만부두의 하역작업, 경사진 벌목장 작업, 광산의 막장에서의 작업등과 같이 주변환경이 복잡한 현장에서의 작업은 기계로 완전히 대체하기가 어려운 실정이다. 그러므로, 이러한 작업현장에서는 인간이 직접 손 운반작업(들기 작업)을 할 수밖에 없으며, 이와 같은 경사면에서의 손 운반작업(들기 작업)은 작업자에게 많은 재해의 위험성을 만들어 주며, 추락으로 인한 산업재해는 물론이고 미끄러짐 방지 같은 신체균형잡기 노력은 근골격 계통에 과도한 무리를 주게 되어 LBP의 원인이 되기도 한다. 하지만, 이러한 경사면에서의 손 운반작업(들기 작업)에 대한 연구에 대해서는 거의 없는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 force platform을 이용하여 경사면에서의 손 운반작업(들기 작업)을 통한 COP변화를 측정 ·분석하여 작업자들의 산업재해를 예방하고자 하며, 향후 이러한 기초 자료를 통하여 손 운반작업(들기 작업)뿐만 아니라 그 밖의 응용분야에 기여하고자 한다.
In the traditional buffeting response analysis method, the spanwise incomplete correlation of buffeting forces is always assumed to be same as that of the incident wind turbulence and the action of the signature turbulence is ignored. In this paper, three typical bridge decks usually adopted in the real bridge engineering, a single flat box deck, a central slotted box deck and a two-separated paralleled box deck, were employed as the investigated objects. The wind induced pressure on these bridge decks were measured via a series of wind tunnel pressure tests of the sectional models. The influences of the wind speed in the tests, the angle of attack, the turbulence intensity and the characteristic distance were taken into account and discussed. The spanwise root coherence of buffeting forces was also compared with that of the incidence turbulence. The signature turbulence effect on the spanwise root coherence function was decomposed and explained by a new empirical method with a double-variable model. Finally, the formula of a sum of rational fractions that accounted for the signature turbulence effect was proposed in order to fit the results of the spanwise root coherence function. The results show that, the spanwise root coherence of the drag force agrees with that of incidence turbulence in some range of the reduced frequency but disagree in the mostly reduced frequency. The spanwise root coherence of the lift force and the torsional moment is much larger than that of the incidence turbulence. The influences of the wind speed and the angle of attack are slight, and they can be ignored in the wind tunnel test. The spanwise coherence function often involves several narrow peaks due to the signature turbulence effect in the high reduced frequency zone. The spanwise coherence function is related to the spanwise separation distance and the spanwise integral length scales, and the signature turbulence effect is related to the deck-width-related reduced frequency.
To implement the insects' flapping flight for developing flapping MAVs(micro air vehicles), the unsteady flow characteristics of the insects' forward flight is investigated. In this paper, two-dimensional FSI(Fluid-Structure Interaction) simulations are conducted to examine realistic flow features of insects' flapping flight and to examine the flexibility effects of the insect's wing. The unsteady incompressible Navier-Stokes equations with an artificial compressibility method are implemented as the fluid module while the dynamic finite element equations using a direct integration method are employed as the solid module. In order to exchange physical information to each module, the common refinement method is employed as the data transfer method. Also, a simple and efficient dynamic grid deformation technique based on Delaunay graph mapping is used to deform computational grids. Compared to the earlier researches of two-dimensional rigid wing simulations, key physical phenomena and flow patterns such as vortex pairing and vortex staying can still be observed. For example, lift is mainly generated during downstroke motion by high effective angle of attack caused by translation and lagging motion. A large amount of thrust is generated abruptly at the end of upstroke motion. However, the quantitative aspect of flow field is somewhat different. A flexible wing generates more thrust but less lift than a rigid wing. This is because the net force acting on wing surface is split into two directions due to structural flexibility. As a consequence, thrust and propulsive efficiency was enhanced considerably compared to a rigid wing. From these numerical simulations, it is seen that the wing flexibility yields a significant impact on aerodynamic characteristics.
This study aims at validating simulations of the forced and freely vibrating cylinders at Reynolds number of approximately 500 in order to identify the capability of the CFD code, and to establish the analysis process of the vortex-induced vibration (VIV). The direct numerical and large eddy simulations were employed to resolve the various length scales of the vortices, and the morphing technique was used to consider a motion of the circular cylinder. For the forced vibration case, both in- and anti-phase VIV processes were observed regarding the frequency ratio. Namely, when the frequency ratio approaches to unity, the synchronization/lock-in process occurs, leading to substantial increases in drag and lift coefficients. This is strongly linked with the switch in timing of the vortex formation, and this physical tendency is consistent with that of Blackburn and Henderson (J. Fluid Mech., 1999, 385, 255-286) as well as force coefficients. For the free oscillation case, the mass and damping ratio of 50.8 and 0.0024 were considered based on the study of Blackburn et al. (J. Fluid Struct., 2000, 15, 481-488) to allow the direct comparison of simulation results. The simulation results for a peak amplitude of the cylinder and a shedding mode are reasonably comparable to that of Blackburn et al. (2000). Consequently, based on aforementioned results, it can be concluded that numerical methods were successfully validated and the calculation procedure was well established for VIV analysis with reasonable results.
본 논문은 한국 최초 국산 비행기라 할 수 있는 부활호의 개량 복원을 위하여 부활호 비행기의 공력특성을 연구한 것이다. 공력특성의 예측은 전산유체역학과 풍동시험기법을 적용하였다. 부활호의 기본 형상에 대하여 공력특성을 예측하고 비행기의 자세변화와 조종면 변위각에 따른 공력을 구하였다. 플랩과 엘리베이터의 변위각과 받음각의 변화에 따른 양력, 항력 및 피칭모멘트의 변화를 분석하였고, 에일러론과 러더의 변위각과 옆 미끄럼각의 변화에 따른 측력, 요잉모멘트 및 롤링모멘트의 변화를 분석하여 비행 안정성 및 특성에 대하여 논하였다. 연구 결과 부활호의 공력 특성이 CFD와 풍동시험에서 의미있는 유사한 결과를 얻었으며, 이에 따른 비행시험에서 원활하게 증명이 되었다.
We have developed a device for recording biological data by inserting three electrodes and a needle with an angular velocity sensor into the moth for the purpose of measuring the electromyogram of the flapping and the corresponding lift force. With this measurement, it is possible to evaluate the moth-physiological function of moths, and the amount of pesticides that insects are exposed to (currently LD50-based standards), especially the amount of chronic low-concentration exposure, can be reduced the dose. We measured and recorded 2-channel electromyography (EMG) and angular velocity corresponding to pitch angle (pitch-like angle) associated with wing flapping for 100 sweet potato hawkmoths (50 females and 50 males) with the animals suspended and constrained in air. Overall, the angular velocity and amplitude of EMG signals demonstrated high correlation, with a correlation coefficient of R = 0.792. In contrast, the results of analysis performed on the peak-to-peak (PP) EMG intervals, which correspond to the RR intervals of ECG signals, indicated a correlation between ΔF fluctuation and angular velocity of R = 0.379. Thus, the accuracy of the regression curve was relatively poor. Using a DC amplification circuit without capacitive coupling as the EMG amplification circuit, we confirmed that the baseline changes at the gear change point of wing flapping. The following formula gives the lift provided by the wing: angular velocity × thoracic weight - air resistance - (eddy resistance due to turbulence). In future studies, we plan to attach a micro radio transmitter to the moths to gather data on potential energy, kinetic energy, and displacement during free flight for analysis. Such physiological functional evaluations of moths may alleviate damage to insect health due to repeated exposure to multiple agrochemicals and may lead to significant changes in the toxicity standards, which are currently based on LD50 values.
Greenland, Kasey O.;Merryweather, Andrew S.;Bloswick, Donald S.
Safety and Health at Work
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제4권2호
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pp.105-110
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2013
Background: To determine the influence of lifting speed and type on peak and cumulative back compressive force (BCF) and shoulder moment (SM) loads during symmetric lifting. Another aim of the study was to compare static and dynamic lifting models. Methods: Ten male participants performed a floor-to-shoulder, floor-to-waist, and waist-to-shoulder lift at three different speeds [slow (0.34 m/s), medium (0.44 m/s), and fast (0.64 m/s)], and with two different loads [light (2.25 kg) and heavy (9 kg)]. Two-dimensional kinematics and kinetics were determined. A three-way repeated measures analysis of variance was used to calculate peak and cumulative loading of BCF and SM for light and heavy loads. Results: Peak BCF was significantly different between slow and fast lifting speeds (p < 0.001), with a mean difference of 20% between fast and slow lifts. The cumulative loading of BCF and SM was significantly different between fast and slow lifting speeds (p < 0.001), with mean differences ${\geq}80%$. Conclusion: Based on peak values, BCF is highest for fast speeds, but the BCF cumulative loading is highest for slow speeds, with the largest difference between fast and slow lifts. This may imply that a slow lifting speed is at least as hazardous as a fast lifting speed. It is important to consider the duration of lift when determining risks for back and shoulder injuries due to lifting and that peak values alone are likely not sufficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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