MESHLESS METHODS FOR SOLVING REACTION-DIFFUSION PROBLEMS-A BRIEF REVIEW

Reaction-diffusion equations represent many important and critical applications in engineering and science. Numerical techniques play an important role for solving such equations accurately and efficiently. This paper presents a brief review of meshless methods for solving general diffusion equations, including reaction-diffusion systems

Center for low-gravity fluid mechanics and transport phenomena

Research projects in several areas are discussed. Mass transport in vapor phase systems, droplet collisions and coalescence in microgravity, and rapid solidification of undercooled melts are discussed

Software for evaluating probability-based integrity of reinforced concrete structures

In recent years, much research work has been carried out in order to obtain a more controlled durability and long-term performance of concrete structures in chloride containing environment. In particular, the development of new procedures for probability-based durability design has proved to give a more realistic basis for the analysis. Although there is still a lack of relevant data, this approach has been successfully applied to several new concrete structures, where requirements to a more controlled durability and service life have been specified. A probability-based durability analysis has also become an important and integral part of condition assessment of existing concrete structures in chloride containing environment. In order to facilitate the probability-based durability analysis, a software named DURACON has been developed, where the probabilistic approach is based on a Monte Carlo simulation. In the present paper, the software for the probability-based durability analysis is briefly described and used in order to demonstrate the importance of the various durability parameters affecting the durability of concrete structures in chloride containing environment

Analytical Solutions and Multiscale Creep Analysis of Functionally Graded Cylindrical Pressure Vessels

This study deals with the time-dependent creep analysis of functionally graded thick-cylinders under various thermal and mechanical boundary conditions. Firstly, exact thermoelastic stress, and iterative creep solutions for a heat generating and rotating cylindrical vessel made of functionally graded thermal and mechanical properties are proposed. Equations of equilibrium, compatibility, stress-strain, and strain-displacement relations are solved to obtain closed-form initial stress and strain solutions. It is found that material gradient indices have significant influences on thermoelastic stress profiles. For creep analysis, Norton’s model is incorporated into rate forms of the above-mentioned equations to obtain time-dependent stress and strain results using an iterative method. Validity of our solutions are at first verified using finite element analysis, and numerical results found in the recent literature have been enhanced. Investigation of effects of material gradients reveals that radial variation of density and creep coefficient have significant effects on strains histories, while Young’s modulus and thermal property distributions only influence stress redistribution at an early stage of creep deformation. Next, a more realistic model of introducing microscale creep effects into a macroscopic modeling is employed to investigate the creep behavior of functionally graded hollow cylinders. Finite element (FE) simulations are employed to evaluate the position-dependent parameters associated with creep constitutive law at the microscale. A macroscopic FE model solves the non-linear boundary value problem to determine the time-varying creep stresses and strains. The framework proposed is capable of predicting the creep response of functionally graded pressure vessels based on the constitutive behavior of the creeping matrix, and volume fraction profile. Effective creep properties have been computed using three different micromechanical models and the homogenized creep response and its effect on the macroscopic behavior are compared. Considering the computational expenses associated with the large 3D finite element models, the simple 2D axisymmetric model is able to closely capture the creep behavior in such multiscale methods. Finally, a multi-objective particle swarm optimization algorithm is implemented to minimize the initial stress and final creep strain of functionally graded cylinder subjected to mechanical and thermal loads

Aeronautical engineering: A continuing bibliography with indexes (supplement 295)

This bibliography lists 581 reports, articles, and other documents introduced into the NASA Scientific and Technical Information System in Sep. 1993. Subject coverage includes: design, construction and testing of aircraft and aircraft engines; aircraft components, equipment, and systems; ground support systems; and theoretical and applied aspects of aerodynamics and general fluid dynamics

Proceedings of the Eighth Annual Thermal and Fluids Analysis Workshop: Spacecraft Analysis and Design

This document contains papers presented at the Eighth Annual Thermal and Fluids Analysis Workshop (TFAWS) on Spacecraft Analysis and Design hosted by the NASA/Johnson Space Center (JSC) on September 8-11, 1997, and held at the University of Houston - Clear Lake (UHCL) in the Bayou Building. The Workshop was sponsored by NASA/JSC. Seminars were hosted and technical papers were provided in fluid and thermal dynamics. Seminars were given in GASP, SINDA, SINAPS Plus, TSS, and PHOENICS. Seventeen papers were presented

Multiphysics processes in solid thermal energy storage

Um die zuverlässige Integration von Solarthermieanwendungen (ST), z.B. konzentrierte Solarenergie (concentrating solar power, CSP) bei steigendem Energiebedarf und trotz des fluktuierenden Charakters von ST zu ermöglichen, werden thermische Energiespeichertechnologien (TES) als attraktive Lösungen eingesetzt, um ST-basierte Systeme auf dem Energiemarkt wettbewerbsfähiger zu machen. Darüber hinaus werden Feststoff-TES-Systeme als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Flüssigkeitsspeicherlösungen betrachtet, um die Investitionskosten für die TES-Einheit weiter zu senken. Sowohl aus technischer als auch aus kommerzieller Sicht können sie vorteilhaft mittels der Komponentenfertigung bis hin zum kompletten modularen Aufbau ausgelegt werden, um die vorgesehene Beladungsmenge für verschiedene Leistungsbereiche von CSP-Anlagen abzudecken. Die erfolgreiche Integration von feststoffbasierten, sensiblen Wärmespeichern (SWS) in Parabolrinnen-Kraftwerken hat sich in den letzten zehn Jahren bewährt. Gegenwärtig gewinnt die TES-Technologie für niedrige Temperaturen neben Hochtemperaturanwendungen zur Stromerzeugung zunehmend an Bedeutung. Dies bietet die Möglichkeit, neue gemischte Feststoff-Flüssigkeits-Speichermaterialien zu entwickeln, um die Wärmespeicherdichte zu erhöhen, wie hier am Beispiel eines neuartigen, wassergesättigten zementartigen Materials demonstriert wird, das im Rahmen eines nationalen Projekts zur Speicherung von mit Solarkollektoren gewonnener Energie (IGLU-Projekt) entwickelt wurde. Wegen typischer Eigenschaften der Feststoffe müssen jedoch wichtige spezifische Probleme gelöst werden, um die Leistungsfähigkeit und Stabilität von festen TES-Systemen über einen langen Zeitraum zu gewährleisten. Die gegenwärtigen Bemühungen von Wissenschaft und Industrie konzentrieren sich auf thermische Aspekte als zentrales Hauptanliegen. Feststoffbasierte TES sind jedoch multiphysikalischen Prozessen unterworfen, d.h. das thermische Verhalten ist ein Produkt der gegenseitigen Wechselwirkung mehrerer beteiligter physikalischer Felder und beeinflusst selbst wiederum diese Felder. Das damit verbundene mechanische Verhalten der Wärmespeicherkomponenten hat einen großen Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Systems sowie die thermische Leistung, da mögliche Strukturschäden den Wärmetransport durch die TES-Struktur erheblich beeinflussen und die Integrität der Struktur selbst gefährden können. Die Motivation dieses Beitrags liegt in der Entwicklung eines innovativen feststoffbasierten TES-Moduls (IGLU TES) für das oben genannte IGLU-Projekt. Ziel dieses Beitrags ist es, die Leistungsfähigkeit und Integrität von feststoffbasierten TES mit Röhrenwärmetauschern unter multiphysikalischen Bedingungen zu untersuchen, um insbesondere die Möglichkeiten und Folgen eines Versagens durch mechanische Schädigung oder thermische Degradation zu identifizieren. Die Arbeit geht von einer verallgemeinerten thermo-hydro-mechanischen (THM) Analyse des IGLU TES aus, um einen ersten Einblick in die Kopplungseffekte zwischen den verschiedenen physikalischen Feldern und deren relative Bedeutung zu gewinnen. Kritische Bereiche in den Zonen um den Röhrenwärmetauscher werden dann anhand der sich einstellenden Spannungsfelder als kritisch identifiziert, da sie die strukturelle Integrität des Speichermoduls beeinträchtigen können, indem in diesen Zonen die Festigkeit charakterisierende oder bruchmechanische Kriterien überschritten werden. Die so ermittelten kritischen Bereiche erlauben eine vertiefte, strukturspezifische Analyse eines feststoffbasierten TES mit eingebetteten Röhrenwärmetauschern. Insbesondere wird ein analytischer Ansatz vorgeschlagen, indem geeignete Vereinfachungen auf der Grundlage der vorangegangenen numerischen Analysen vorgenommen werden, um eine robuste Analyse derjenigen materialspezifischen und geometrischen Größen durchzuführen, die den größten Einfluss auf die strukturelle Zuverlässigkeit des Speichermoduls ausüben. Die abgeleitete analytische Lösung kann zur Quantifizierung der Abhängigkeit kritischer Spannungen von mehreren Systemparametern, Materialkennwerten und Geometriegrößen herangezogen werden, um unter gewählten Gesichtspunkten eine Systemoptimierung mit großer Designflexibilität für die Speicherkonfiguration durchzuführen. Der analytische Ansatz erfordert nur minimalen Aufwand und eignet sich für frühe Designphasen. Dabei zeigte sich, dass das Risiko von Material- und Strukturversagen auch bei optimaler Auslegung nicht beliebig reduziert werden kann. Daher wird ein Phasenfeld-Ansatz zur Modellierung von Risswachstumsprozessen entwickelt, um wahrscheinliche Schädigungsmuster zu erfassen, die durch die Nichtübereinstimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Systemkomponenten verursacht werden, und den Einfluss der resultierenden Risstopologien auf das thermische Verhalten eines festen TES-Systems zu quantifizieren. Der vorgeschlagene Phasenfeldansatz, formuliert innerhalb eines gekoppelten thermomechanischen Ansatzes, wird auf zwei repräsentative feste SWS-Konfigurationen angewendet, die sich sowohl hinsichtlich des Speichermediums als auch der Speichertemperatur unterscheiden. Innerhalb des Festkörpers wird ein Bruchvorgang beobachtet und die daraus resultierende thermische Leistungsabnahme durch eine Wärmetransportbehinderung in Abhängigkeit des eingeschlossenen flüssigen Mediums mit potentiell niedriger Wärmeleitfähigkeit untersucht, was zu erheblichen Schwankungen der Heizleistung in einem laufenden System führen kann