In this paper, the cavitating flows around a hydrofoil have been numerically investigated by using a 2-d multi-phase RANS flow solver based on pseudo-compressibility and a homogeneous mixture model on unstructured meshes. For this purpose, a vertex-centered finite-volume method was utilized in conjunction with 2nd-order Roe's FDS to discretize the inviscid fluxes. The viscous fluxes were computed based on central differencing. The Spalart-Allmaras one equation model was employed for the closure of turbulence. A dual-time stepping method and the Gauss-Seidel iteration were used for unsteady time integration. The phase change rate between the liquid and vapor phases was determined by Merkle's cavitation model based on the difference between local and vapor pressure. Steady state calculations were made for the modified NACA66 hydrofoil at several flow conditions. Good agreements were obtained between the present results and the experiment for the pressure coefficient on a hydrofoil surface. Additional calculation was made for cloud cavitation around the hydrofoil. The observation of the vapor structure, such as cavity size and shape, was made, and the flow characteristics around the cavity were analyzed. Good agreements were obtained between the present results and the experiment for the frequency and the Strouhal number of cavity oscillation.
The ballistic range has long been employed in a variety of engineering fields such as high-velocity impact engineering, projectile aerodynamics, creation of new materials, etc, since it can create an extremely high-pressure state in very short time. Of many different types of ballistic ranges developed to date, two-stage light gas gun is being employed most extensively. In the present study, a theoretical work has been made to develop a new type of ballistic range which can easily simulate a flying projectile. The present ballistic range consists of high-pressure tube, piston, pump tube, shock tube and launch tube. The effect of adding a shock tube in between the pump tube and launch tube is investigated. This improvement is identified as the reduction in pressures in the high pressure tube and pump tube while maintaining the projectile velocity. Equations of motions of piston and projectile are solved using Runge-Kutta methods. Dependence of projectile velocity on various design factors such as high pressure tube pressure, piston mass, projectile mass, area ratio of pump tube to launch tube and type of driver gas in the pump tube are also analyzed. Effect of various gas combinations is also investigated. Calculations show that projectile velocities of the order 8 km/sec could be achieved with the present ballistic range.
Residual gas acts as a diluent which results in reducing the in-cylinder temperature as well as the flame speed, significantly affecting fuel economy, NOx emissions and combustion stability. Therefore it is important to determine the residual gas fraction as a function of the engine operating parameters accurately. However, the determination of the residual gas fraction is very sophisticated due to the unsteady state of induction and exhaust process. There has been little work toward the development of a generally applicable model for quantitative predictions of residual gas fraction. In this paper, a simple model for calculating the residual gas fraction in SI engines was formulated. The effects of engine operating parameters on the residual gas were also investigated. The amount of fresh air was evaluated through AFR and fuel consumption. After this, from the intake temperature and pressure, the amount of total cylinder-charging gas was estimated. The residual fraction was derived by comparing the total charging and fresh air. This results coincide with measured value very well.
Recently the construction of atrium buildings has increased but along with it many problems in thermal environment have arised. since the exterior wall of glass, indoor temperature is greatly influenced by weather conditions and since the space volume is very large, the vertical air temperature is not uniform. So, in this study, a Vertical Temperature Distribution Model was developed to predict the vertical air temperature of an atrium and evaluate the effects of the design parameters on the air temperature distribution of an atrium. To consider the characteristics of the vertical air temperature distribution in an atrium, the Satosh Togari's Macroscopic Model was used basically for the calculation of the vertical air temperature distribution in large space and the solar radiation analysis model and natural ventilation analysis model in atrium. And to calculate the unsteady-state inside wall surface temperature(boundary condition), the finite difference method was used. For the verification of the developed temperature distribution program, numerical evaluation of air flow by the ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model and in-situ test was conducted in parallel. The results of this study, the developed temperature distribution program was seen to predict the thermal condition of the atrium very accurately.
A new and efficient implicit scheme is proposed to obtain a steady-state solution in time integration and the comparison of characteristics with the approximation ways for the implicit method to solve the incompressible Navier-Stokes equations is provided. The conservative, finite-volume cell-vertex upwind scheme and artificial compressibility method using dual time stepping for time accuracy is applied in this paper. The numerical results obtained indicate that the direct application of Jacobian matrix to the Lower and upper sweeps of implicit LU-SGS leads to better performance as well as convergence regardless of CFL number and true time step than explicit scheme and approximation of Jacobian matrix. The flow simulation around box in uniform flow with unstructured meshes is demonstrated to check the validity of the current formulation.
The unsteady-state, incompressible and three-dimensional large eddy simulation(LES) was carried out to analyze the aerodynamic performance of three-dimensional small-size axial fan(SSAF) with the different depth of bellmouth. The static pressure coefficients analyzed by LES predict a little bit larger than measurements except stall region regardless of the installation depth between SSAF and bellmouth. Moreover, static pressure efficiencies analyzed by LES show about maximum 30% at the actual operating point ranges, but measurements do not. Therefore, if the blades of conventional SSAF have some more rigidity and complete dynamic balance, the aerodynamic performance of SSAF will be some more improved. In consequence, LES shows the best prediction performance in comparison with any other Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) method.
According to researchers, the influential factors of scouring are generally divided into three factors: the flow conditions, the type and position of structures, and the characteristics of bed materials. In addition, scouring is affected by the 3-dimensional turbulent boundaries, the unsteady flow, the movement of sediment in the scour-hole area, the approach flow velocity and depth, the width of bridge foundation/pier, and the particle size of bed materials. However, it is difficult to estimate the scour depth near bridge piers when all conditions are factored in at once. Therefore, for reasonably accurate estimates of scour depth, it is essential to consider sufficiently the flow force and resisting force for scour. That is, to determine the shear stress concerning the bed material distribution is needed. In this study, the experiments were performed under the condition of a steady state of flow. As a result, scouring occurred at velocity ratios of 0.476,$(V/V_c=0.476)$, and the scour depth was increased linearly as the velocity ratio increased. in addition, the average values of shear stress ratio at zero scouring depth in both rectangular and circular piers were approximately 7$(\tau_c/\tau_{approach})$ and in the case for same size bed particle material. The results of this study can be used for the fundamental material for estimating the scour depth of bed materials.
본 논문에서는 공중발사로켓의 초음속 모선 분리 현상에 관하여 기술하였다. 정상상태와 비정상상태의 해석을 위하여 3차원 Euler방정식을 수치적으로 계산하였다. 해석결과는 모선과 로켓사이의 충격파 간섭현상을 명확히 보여주고 있으며, 로켓의 분리 단계에 중요한 영향을 미치는 인자들을 해석을 통해 찾아내었다. 결과적으로 본 연구를 통하여 초음속 공중발사로켓의 설계에서의 안전한 모선분리를 위한 가이드라인을 제공하였다.
The reciprocating compressors are widely used in industrial fields for its simplicity in principle and high efficiency. But the design of it requires rigorous experiments due to its high dependence on many design parameters. In this work, a mathematical model is developed so that we can analyze the gas-solid interaction during the whole working processes of a reciprocating compressor. The governing equations, which represent the fluid-solid interaction, was derived from the unsteady Bernoulli's equation with the assumption of quasi-steady working process. The valve itself was assumed to be a one degree of freedom spring-mass-damper system. A simple thermodynamic relation, the ideal gas state equation, was used to give it an external force term assuming that the refrigerant behaves like an ideal gas. It was suggested to use a motor of higher driving frequency to enhance the performance of the reciprocating compressor without causing a faster failure of the valve.
본 연구는 동결토의 동결심도 및 매설된 파이프라인의 온도분포를 예측하기 위하여 유효열용량 개념 반영한 수치해석 모델의 개발에 초점이 맞추어져 있다. 이를 위하여 저자는 사용코드인 ANAQUS를 활용하여 파이프라인이 매설된 폐쇄형 시스템의 화강 동결토에 대하여 비정상 열전달 수치해석을 수행하였다. 제안된 수치해석 모델은 Frozen Fringe에서 간극수의 상변화 효과가 반영되었다. 제안된 수치해석 모델과 실내 실험으로부터 얻어진 결과들을 비교함으로써 유효열용량 모델의 적용성을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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