The finite-volume method for radiation in a three-dimensional non-orthogonal gas turbine combustion chamber with absorbing, emitting and anisotropically scattering medium is presented. The governing radiative transfer equation and its discretization equation using the step scheme are examined, while geometric relations which transform the Cartesian coordinate to a general body-fitted coordinate are provided to close the finite-volume formulation. The scattering phase function is modeled by a Legendre polynomial series. After a benchmark solution for three-dimensional rectangular combustor is obtained to validate the present formulation, a problem in three-dimensional non-orthogonal gas turbine combustor is investigated by changing such parameters as scattering albedo, scattering phase function and optical thickness. Heat flux in case of isotropic scattering is the same as that of non-scattering with specified heat generation in the medium. Forward scattering is found to produce higher radiative heat flux at hot and cold wall than backward scattering and optical thickness is also shown to play an important role in the problem. Results show that finite-volume method for radiation works well in orthogonal and non-orthogonal systems.
Hyeonggeun Jo;Ilkwang Jang;Yeong Gil Jo;Dae Ha Kim;Yong Hoon Jang
Tribology and Lubricants
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제39권3호
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pp.118-122
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2023
In our study, we develop a finite element model based on Archard's wear law to predict the cumulative wear and the evolution of the tool profile in friction stir welding (FSW) applications. Our model considers the rotational and translational behaviors of the tool, providing a comprehensive description of the wear process. We validate the accuracy of our model by comparing it against experimental results, examining both the predicted cumulative wear and the resulting changes to the tool profile caused by wear. We perform a detailed comparison between the predictions of the model and experimental data by manipulating non-dimensional coefficients comprising model parameters, such as element sizes and time increments. This comparison facilitates the identification of a specific non-dimensional coefficient condition that best replicates the experimentally observed cumulative wear. We also directly compare the worn tool profiles predicted by the model using this specific non-dimensional coefficient condition with the profiles obtained from wear experiments. Through this process, we identify the model settings that yield a tool wear profile closely aligning with the experimental results. Our research demonstrates that carefully selecting non-dimensional coefficients can significantly enhance the predictive accuracy of finite element models for tool wear in FSW processes. The results from our study hold potential implications for enhancing tool longevity and welding quality in industrial applications.
This paper proposes dimensionless correlations predicting properties of the frost layer formed on a cold flat surface. Experiments are carried out to obtain the correlations with various environmental parameters such as air temperature, air velocity, absolute humidity, and cooling plate temperature. As a result, the frost properties (frost layer thickness, density, surface temperature, thermal conductivity) are correlated as a function of Reynolds number, Fourier number, absolute humidity and non-dimensional temperature by using a dimensional analysis. The correlations agree well with the previous and our experimental data within a maximum error of 10%, and are used to predict the frost properties in the following ranges: Reynolds number of 20216 to 53763, Fourier number of 0.1962 to 2.5128, absolute humidity of 3.22 to 8.47, and non-dimensional temperature of 0.125 to 0.5.
This paper deals with the free vibrations of horizontally curved beams supported by non-homogeneous elastic foundation. Taking into account the effects of rotatory inertia and shear deformation, differential equations governing the free vibrations of such beams are derived, in which the linear elastic foundation is considered as the non-homogeneous foundation. Differential equations are solved numerically to calculate natural frequencies. In numerical examples, the parabolic curved member is considered. The parametric studies are conducted and the lowest four frequency parameters are reported in tables and figures as the non-dimensional forms.
A manipulator is operated for the motion of mechanical hands or arms. When a cup including liquid inside is shifted by a manipulator, it is important to know how a free surface of the liquid moves. In this study, non dimensional parameters have been found that affect the rise of the free surface in a cup moving with constant acceleration. The non-dimensional parameters are the dimensionless time, the ratio of inertia effect to viscous effect (the Reynolds number), aspect ratio of the liquid inside the cup and the acceleration ratio (the Froude number). Through this study, the height of the free surface rise in a cup has been predicted and the detailed velocities in the liquid have been examined. Generally, the maximum rise of the free surface is dependent on the Reynolds number and Froude number strongly, but on the aspect ratio weakly. However, the influence of the aspect ratio on the maximum rise of the free surface is not negligible in the range of 10 < Re < 100.
A manipulator is operated for the motion of mechanical hands or arms. When a cup including liquid inside is shifted by a manipulator, it is important to know how a free surface of the liquid moves. In this study, non dimensional parameters have been found that affect the rise of the free surface in a cup moving with constant acceleration. The non-dimensional parameters are the dimensionless time, the ratio of inertia effect to viscous effect (the Reynolds number), the aspect ratio of the liquid inside the cup and the acceleration ratio (the Froude number). Through this study, the height of the free surface rise in a cup has been predicted and the detailed velocities in the liquid have been examined. Generally, the maximum rise of the free surface is dependent on the Reynolds number and Froude number strongly, but on the aspect ratio weakly. However, the influence of the aspect ratio on the maximum rise of the free surface is not negligible in the range of 10 < Re < 100.
The dropped objects are identified as one of the top ten causes of fatalities and serious injuries in the oil and gas industry. It is of importance to understand dynamics of dropped objects under water to accurately predict the motion of dropped objects and protect the underwater structures and facilities from being damaged. In this paper, we study non-dimensionalization of two-dimensional (2D) theory for dropped cylindrical objects. Non-dimensionalization helps to reduce the number of free parameters, identify the relative size of effects of force and moments, and gain a deeper insight of the essential nature of dynamics of dropped cylindrical objects under water. The resulting simulations of dimensionless trajectory confirms that drop angle, trailing edge and drag coefficient have the significant effects on dynamics of trajectories and landing location of dropped cylindrical objects under water.
In order to generate the 3D structure of the 21-cm signal during the reionization, semi-numerical simulations based on Excursion set formalism are broadly used. However, semi-numerical simulations in the realization of the 3D structure are known to be the ionizing photon non-conserving by the structure of the Excursion set approach. Recently, explicit photon conserving algorithms for semi-numerical simulations introduced, but they are still too slow when forward modelling the 21-cm signal with high-dimensional parameter spaces. Here, we introduce a new method for approximately correcting photon non-conservation, which can be applied on-the-fly. This method is tailored towards the efficient simulation and Bayesian inference with high-dimensional parameter space. Then, we investigate how large an impact that photon non-conservation has on astrophysical parameter inference by performing an MCMC analysis. We find that the ionizing escape parameter is deviated from the fiducial value by 2 sigma when we infer astrophysical parameters without this correction.
Incremental sheet metal forming is a manufacturing process to produce thin parts using sheet metals by a series of small incremental deformation. The process rarely needs dedicated dies and molds, thus, preparation time for the process is relatively short as to be compared to conventional metal forming. Spring back in sheet metal working is very common, which causes critical errors in dimensions. Incremental sheet metal forming is not fully investigated yet. Hence, incremental sheet metal forming frequently produces inaccurate parts. This paper proposes a method to minimize dimensional errors to improve shape accuracy of products manufactured by incremental forming. This study conducts experiments using an exclusive incremental forming machine and the material for these experiments are sheets of aluminum AL1015. This research defines a process parameter and selects a few factors for the experiments. The parameters employed in this paper are tool feed rate, tool diameter, step depth, material thickness, forming method, dies applied, and tool path method. In addition, their levels for each factor are determined. The plan of the experiments is designed using orthogonal array $L_8$ ($2^7$) which requires minimum number of experiments. Based on the measurements, dimensional errors are collected both on the tool contacted surfaces and on the non-contacted surfaces. The distances between the formed surfaces and the CAD models are scanned and recorded using a commercial software product. These collected data are statistically analyzed and ANOVAs (analysis of variances) are drawn up. From the ANOVAs, this paper concludes that the process parameters of tool diameter, forming depth, and forming method are the significant factors to reduce the errors on the tool contacted surface. On the other hand, the experimental factors of forming method and dies applied are the significant factors on the non-contacted surface. However, the negative forming method always produces better accuracy than the positive forming method.
The primary purpose of the present study was to investigate the mechanism causing scour around a pipeline placed on the seabed in a shallow water zone. Such submarine pipelines are usually exposed to currents and waves. The present experiments made estimates for each different flow type. The scour width and depth in the equilibrium scour phase were analyzed by non-dimensional parameters. The experiment in this study considered various parameters: pipe diameters, wave periods, wave heights, and current velocities. Using the experimental results, the correlations of scour width, scour depth, and main non-dimensional parameters such as the Fr number and KC number were analyzed. In the case of steady currents, the scour hole was closely related to the bottom velocity, while the scour hole in waves showed a relatively low correlation to the bottom velocity because when exposed to waves the scour hole was restricted according to the movement distance of the water particles during a wave period. However, the scour width under a steady current was not limited because vortex shedding was well developed from having enough time and distance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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