Experimental investigations were conducted to study forced convection of fully developed turbulent flows in horizontal equilateral triangular ducts with different surface roughness pitch ratios (P/e) of 4, 8, and 16 on one side. The ducts bottom wall was heated uniformly and the other surfaces were thermally insulated. To understand heat transfer enhancement mechanism, heat transfer rates were measured. Smooth triangular ducts were also tested for benchmark purposes. The results were compared with previous results for similarly configured channels, at which they were roughened by regularly spaced transverse ribs in the rectangular and circular channels.
Bin Du;Bo Hao;Xuejing Duan;Wanjiong Wang;Mohammad Roohani
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.4
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pp.397-408
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2024
Buried box culverts are crucial elements of transportation infrastructure. However, their behavior under foundation loads is not well understood, indicating a significant gap in existing research. This study aims to bridge this gap by conducting a detailed numerical analysis using the Finite Element Method and Abaqus software. The research evaluates the behavior of buried box culverts by examining their interaction with surrounding soil and the pressures from surface foundation loads. Key variables such as embedment depth, culvert wall thickness, concrete material properties, foundation pressure, foundation width, soil elastic modulus, and friction angle are altered to understand their combined effects on structural response. The methodology employs a validated 2D numerical model under plane strain conditions. Parametric studies highlight the critical role of culvert depth (H) in influencing earth pressure and bending moments. Foundation pressure and width demonstrate complex interdependencies affecting culvert behavior. Variations in culvert materials' elastic modulus show minimal impact. It was found that the lower wall of the buried culvert experiences higher average pressure compared to the other two walls, due to the combined effects of the culvert's weight and down drag forces on the side walls. Furthermore, while the pressure distribution on the top and bottom walls is parabolic, the pressure on the side walls follows a different pattern, differing from that of the other two walls.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.7
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pp.930-937
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2011
The characteristics of mean velocity and turbulence have been analyzed in the circular open channel flow using PIV measurement data for a wide range of water depth. The measured data are fitted to a velocity distribution function over the whole depth of the open channel. Reynolds shear stress and mean velocity in wall unit are compared with the analytic models for fully-developed turbulent boundary layer. Both the mean velocity and Reynolds shear stress have different distributions from the two-dimensional boundary layer flow when the water depth increases over 50% since the influence of the side wall penetrates more deeply into the free surface. The cross-stream Reynolds normal stress also has considerably different distribution in view of its peak value and decreasing rate in the outer region whether the water depth is higher than 50% or not.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.64-72
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2022
In this study, in order to confirm the seismic performance of reinforced concrete frames retrofitted with Wall Friction Damper(WFD), the test was conducted by setting two-story Reinforced concrete frames (reference specimen, OMF-N and specimen retrofitted with internal H-shaped steel frame and WFD, OMF-ALL(H)) as main variables. The WFD Seismic Retrofit Method is a mixture of strength improvement and energy dissipation methods. To prevent the pre-destruction of existing structure by friction force before sufficient energy dissipation of WFD, the internal H-shaped steel frame and chemical anchor that penetrates the side of the beam were used to install WFD. According to the test results, the OMF-N specimen showed an brittle failure pattern caused by the shear force of the R/C column after the maximum strength was expressed. The OMF-ALL(H) specimen showed that the reduction of pinching effect and the failure of the RC column occurred. Also, the maximum strength, cumulative energy dissipation and ductility of OMF-ALL(H) increased 3.01 times, 7.2 times and 1.72 times for OMF-N. As a results, test results revealed that the WFD Seismic Retrofit Method installed on Reinforced concrete structure improves the seismic performance and the strengthening effect is valid.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.1
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pp.49-56
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1997
Heat-transfer enhancement is seeked through modifications of fin surface. Real life plate-fin heat exchangers have complex three-dimensional geometries. Fins can have arrays of dimples and are attached to rows of penetrating tubes. To isolate the effect of surface modification, we model the real flow by a two-dimensional channel flow with a dimple on one side. The flow is analysed by solving the incompressible Navier-Stokes equation by a finite volume method on a generalized boundary-fitted coordinate. Results show a trapped vortex inside the dimple for all cases computed. Local maximum of Nusselt number occurs near the downstream end of the dimple, due to such a vortex. Location of the vortex does not change with respect to the wall temperature change, but moved downstream when Reynolds number increases. This, together with the results that in all cases vortex core is somewhat downstream of the dimple center, suggests that the mean flow above continuously feeds the kinetic energy to the recirculating flow. Heat transfer enhancement and pressure losses are studied through analysing the relevant dimensionless parameters like, Nusselt number and friction factor. In all cases computed, dimpled channel flow experiences less pressure loss than two-dimensional Poiseuille flow.
The present study investigated local pressure drop in a rotating smooth square duct with turning region. The duct has a hydraulic diameter $(D_h)$ of 26.7mm and a divider wall of 6.0mm or $0.225D_h$. The distance between the tip of the divider and the outer wall of the duct is $1.0D_h$. The Reynolds number (Re) based on the hydraulic diameter is kept constant at 10,000, and the rotation number (Ro) is varied from 0.0 to 0.20. The pressure coefficient distribution $(C_p)$, the friction factor (f) and the thermal performance $({\eta})$ are presented on the leading, the trailing and the outer surfaces. It is found that the curvature of the $180^{\circ}-turn$ produces Dean vortices that cause the high pressure drop in the turning region. The duct rotation results in the pressure coefficient discrepancy between the leading and trailing surfaces. That is, the high pressure values appear on the trailing surface in the first-pass and on the leading and side surfaces in the second-pass. As the rotation number increases, the pressure discrepancy enlarges. In the fuming region, a pair of the Dean vortices in the stationary case transform into one large asymmetric vortex cell, and then the pressure drop characteristics also change.
A rich phenomenon in the dynamics of azimuthal vortices in a circular cylinder caused by the inertial oscillation is investigated numerically at high Reynolds numbers and moderate Rossby numbers. In the actual spin-up flow where both the Ekman circulation and the bottom friction effects are included, the first appearance of a seed vortex is generated by the Ekman boundary-layer on the bottom wall and the subsequent roll-up near the corner bounded by the side wall. The existence of the small vortex then rapidly propagates toward the inviscid region and induces a complicated pattern in the distribution of azimuthal vorticity, i.e. inertial oscillation. The inertial oscillation however does not deteriorate the classical Ekman-pumping model in the time scale larger than that of the oscillatory motion. Motions of single vortex and a pair of vortices are further investigated under a slip boundary-condition on the solid walls. For the case of single vortex, repeated change of the vorticity sign is observed together with typical propagation of inertial waves. For the case of a pair of vortices with a two-step profile in the initial azimuthal velocity, the vortices' movement toward the outer region is resisted by the crescent-shape vortices surrounding the pair. After touching the border between the core and outer regions, the pair vortices weaken very fast.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.11
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pp.1418-1425
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1999
Flow over a protruding surface is investigated using numerical simulation. We consider flow between two parallel plates with a cube mounted on one side of the channel. As the flow approaches the cube, the adverse pressure gradient produces three-dimensional boundary-layer separation, resulting In the formation of horseshoe vortices. The objective of our study is to clarify both the steady and the unsteady characteristics of the vortex system. As the Reynolds number increases, the structure of the vortices near the cube becomes complex and the number of vortices increases. The distribution of skin friction on the cube-mounted wall reflects the effect of the horseshoe vortices. All these results are consistent with the experimental findings currently available.
Granulated Blast Furnace Slag (GBFS) is produced in the manufacture process of pig-iron and shows a similar particle formation to that of natural sea sand and also shows light weight, high shear strength, well permeability, and especially has a latent hydraulic property by which GBFS is solidified with time. Therefore, when GBFS is used as a backfill material of quay or retaining walls, the increase of shear strength induced by the hardening is presumed to reduce the earth pressure and consequently the construction cost of harbor structures decreases. In this study, using the model sand box (50 cm$\times$50 cm$\times$100 cm), the model wall tests were carried out on GBFS and Toyoura standard sand, in which the resultant earth pressure, a wall friction and the earth pressure distribution at the movable wall surface were measured. In the tests, the relative density was set as Dr=25, 55 and 70% and the wall was rotated at the bottom to the active earth pressure side and followed by the passive side. The maximum horizontal displacement at the top of the wall was set as ${\pm}2mm$. By these model test results, it is clarified that the resultant earth pressure obtained by using GBFS is smaller than that of Toyoura sand, especially in the active-earth pressure.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.8
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pp.905-910
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2013
The flow analysis has been made by applying the turbulent models in the helically coiled tubes of heat transfer. The k-${\varepsilon}$ and Spalart-Allmaras turbulent models are used in which the structured grid is applied for the simulation. The velocity vector, the pressure contour, the change of residuals along the iteration number and the friction factors are simulated by solving the Navier-Stokes equations to make clear the Reynolds number effect. The helical tube increases the centrifugal forces by which the wall shear stress become larger on the outer side of the tube. The centrifugal force makes the heat transfer rate locally larger due to the increase of the flow energy, which finds out the close relationship between the pressure drop and friction factor in the internal flow. The present numerical results are compared with others, for example, in the value of friction factor for validation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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