Understanding the interactions between earth materials and fluids is essential for studying the diverse geological processes in the Earth's surface and interior. In order to better understand the interactions between earth materials and fluids, we explore the effect of specific surface area and porosity on structural parameters of pore structures. We obtained 3D pore structures, using random packing simulations of porous media composed of single sized spheres with varying the particle size and porosity, and then we analyzed configurational entropy for 2D cross sections of porous media and cube counting fractal dimension for 3D porous networks. The results of the configurational entropy analysis show that the entropy length decreases from 0.8 to 0.2 with increasing specific surface area from 2.4 to $8.3mm^2/mm^3$, and the maximum configurational entropy increases from 0.94 to 0.99 with increasing porosity from 0.33 to 0.46. On the basis of the strong correlation between the liquid volume fraction (i.e., porosity) and configurational entropy, we suggest that elastic properties and viscosity of mantle melts can be expressed using configurational entropy. The results of the cube counting fractal dimension analysis show that cube counting fractal dimension increases with increasing porosity at constant specific surface area, and increases from 2.65 to 2.98 with increasing specific surface area from 2.4 to $8.3mm^2/mm^3$. On the basis of the strong correlation among cube counting fractal dimension, specific surface area, and porosity, we suggest that seismic wave attenuation and structural disorder in fluid-rock-melt composites can be described using cube counting fractal dimension.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.48
no.1
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pp.90-100
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2011
We present a parallel bi-conjugate gradient (Bi-CG) matrix solver for large scale Bio-FET simulations based on recent graphics processing units (GPUs) which can realize a large-scale parallel processing with very low cost. The proposed method is focused on solving the Poisson equation in a parallel way, which requires massive computational resources in not only semiconductor simulation, but also other various fields including computational fluid dynamics and heat transfer simulations. As a result, our solver is around 30 times faster than those with traditional methods based on single core CPU systems in solving the Possion equation in a 3D FDM (Finite Difference Method) scheme. The proposed method is implemented and tested based on NVIDIA's CUDA (Compute Unified Device Architecture) environment which enables general purpose parallel processing in GPUs. Unlike other similar GPU-based approaches which apply usually 32-bit single-precision floating point arithmetics, we use 64-bit double-precision operations for better convergence. Applications on the CUDA platform are rather easy to implement but very hard to get optimized performances. In this regard, we also discuss the optimization strategy of the proposed method.
Yoon, Seungri;Kim, Dongpil;Hwang, Inha;Kim, Jin Hyun;Shin, Minju;Bang, Ji Wong;Jeong, Ho Jeong
Journal of Bio-Environment Control
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v.31
no.4
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pp.485-496
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2022
Modern agriculture is being transformed into smart agriculture to maximize production efficiency along with changes in the 4th industrial revolution. However, rural areas in Korea are facing challenges of aging, low fertility, and population outflow, making it difficult to transition to smart agriculture. Among ICT technologies, simulation allows users to observe or experience the results of their choices through imitation or reproduction of reality. The combination of the three-dimension (3D) model and the greenhouse simulator enable a 3D experience by virtual greenhouse for fruits and vegetable cultivation. At the same time, it is possible to visualize the greenhouse under various cultivation or climate conditions. The objective of this study is to apply the greenhouse climate management model for simulation development that can visually see the state of the greenhouse environment under various micrometeorological properties. The numerical solution with the mathematical model provided a dynamic change in the greenhouse environment for a particular greenhouse design. Light intensity, crop transpiration, heating load, ventilation rate, the optimal amount of CO2 enrichment, and daily light integral were calculated with the simulation. The results of this study are being built so that users can be linked through a web page, and software will be designed to reflect the characteristics of cladding materials and greenhouses, cultivation types, and the condition of environmental control facilities for customized environmental control. In addition, environmental information obtained from external meteorological data, as well as recommended standards and set points for each growth stage based on experiments and research, will be provided as optimal environmental factors. This simulation can help growers, students, and researchers to understand the ICT technologies and the changes in the greenhouse microclimate according to the growing conditions.
Kim, Young-Geun;Kim, Woo-Sung;Wye, Yong-Gon;Kim, Nam-Yung;Lee, Ho-Suk
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.5
no.2
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pp.115-134
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2003
Recently, there are many cases in the roadway design for successive tunnel with small distance between two tunnels. In this case, the degree of interference for successive tunnels is a significant consideration in the design of ventilation systems. Also, Re-inflows of contaminated air in successive tunnel make serious ventilation problems in case of fire accident in the tunnel. In this study, for successive tunnels in Donghae highway project, the concentration of contaminant such as CO, NOx and Smoke were calculated by numerical analysis using 1D and 3D-CFD analysis. And, the rate of re-inflow at the portals of successive tunnel according to the direction of wind were analysed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.40
no.5
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pp.36-42
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2003
A CFD simulation technique has been developed to handle the unsteady body motion with large amplitude by use of overlapping multi-block grid system. The three-dimensional, viscous and incompressible flow around body is investigated by solving the Navier-Stokes equations, and the motion of body is represented by moving effect of the grid system. Composite grid system is employed in order to deal with both the body motion with large amplitude and the condition of numerical wave maker in convenience at the same time. The governing equations, Navier-Stokes (N-S) and continuity equations, are discretized by a finite volume method, in the framework of an O-H type boundary-fitted grid system (inner grid system including test model) and a rectangular grid system (outer grid system including simulation equipments for generation of wave environments). If this study, several flow configurations, such as an oscillating cylinder with large KC number, are studied in order to predict and evaluate the hydrodynamic forces. Furthermore, the motion simulation of a Series 60 model advancing in a uniform flow under the condition of enforced roll motion of angle 20$^{\circ}$ is performed in the developed numerical wave tank.
Park, Jong-Chun;Moon, Jin-Kook;Yoon, Hyun-Sik;Lee, Byung-Hyuk;Chun, Ho-Hwan;Suh, Sung-Bu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.19
no.3
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pp.1-10
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2005
The effect of rotation on the unsteady laminar flaw past a circular cylinder is numerically investigated in the present study. The numerical solutions for the 2D Navier-Stokes equation obtained, using two different numerical methods. One is an accurate spectral method and the other is a finite volume method(FVM). First, the flaw around a stationary circular cylinder is investigated to understand the basic phenomenon of flaw separation and bluff body wake. Next, the flow characteristics of the laminar flow, past a rotating circular cylinder, are investigated, using a FVM developed in this study. By the effect of rotation, it is seen that values of lift increase, while the values of mean drag decrease. Further, the criteria of angular velocity, at which the Karman vorteces disappear, is also determined.
Yoon, Ju Ho;Youn, Jang Won;Son, Ho Yeon;Kim, Dang Ju;Ahn, Kyoung Kwan
Journal of Drive and Control
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v.14
no.1
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pp.14-22
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2017
Flow force is the additional unbalanced force acting on the valve spool by fluid flow, excluding the static pressure force that is offset on the spool land wall at the same magnitude. When designing the valve spool, it is assumed that the same average value of static pressure is applied to the inlet and outlet spool land wall in one chamber. However, the high velocity of the fluid flow by the inlet or outlet metering orifice creates unbalanced pressure distribution and generates additional force in the opposite direction to that of the solenoid attraction force. This flow force has a negative effect on the control performance of the EPPR valve, which needs to develop uniform output pressure along the entire spool control range. In this study, we developed a 3D model of the EPPR valve and conducted flow force characteristic analysis using CFD S/W (ANSYS FLUENT). The alleviated flow force model was derived by adjusting the design parameters of the spool notch.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.8
no.1
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pp.39-45
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2005
In the situation which Russia's ratification of the Kyoto protocol at February,2004, ANNEX I nations must reduce GHG(Green House Gas) discharge rate from 2008 by 2012 to the reduction level at 1990. We introduce the CO₂ ocean sequestration that is one of promising method for getting the stable CO₂ concentration in the atmosphere. There are four categories : ocean transportation technique, ocean initial dissolution technique, ocean deep current evaluation technique, and ocean biological evaluation technique. In this paper, we carried out the fundamental numerical study on the ocean initial dissolution technique, when the Liquidized CO₂ is emitted at the deep ocean, It is very important to the dissolution rate of movable CO₂ interface because it Is directly impact to the ocean organism. In order to investigate the relation of the interface movement and rate of the dissolution, we develope CR(Computational Fluid Dynamics) code that was constructed by the finite volume method based on the unstructured mesh, and a droplet's boundary surface can move and one direction dissolution from disperse phase into continuous phase adopted as its physics be. This study clarifies hydrodynamic relation between solubility and movement of the droplet through the verification of the Cm code.
The present study developed a sequential approach-based numerical simulator for modeling coupled thermal-hydrological-mechanical (THM) processes in the ground and investigated the computational performance of the coupling analysis algorithm. The present sequential approach linked the two different solvers: an open-source numerical code, OpenGeoSys for solving the thermal and hydrological processes in porous media and a commercial code, FLAC3D for solving the geomechanical response of the ground. A benchmark test of the developed simulator was carried out using a THM problem where an analytical solution is given. The benchmark problem involves the coupled behavior (variations in temperature, pore pressure, stress, and deformation with time) of a fully saturated porous medium which is subject to a point heat source. The results of the analytical solution and numerical simulation were compared and the validity of the numerical simulator was investigated.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.5
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pp.647-655
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2021
The IMO (International Maritime Organization) is discussing the improvement of energy ef iciency of ships in order to reduce greenhouse gas emissions from ships. Currently, by applying an ORC power generation system using waste heat generated from ships, high energy conversion efficiency can be expected from ships. This technology uses an organic medium based on Freon or hydrocarbons as the working fluid, which evaporates at a lower temperature range than water. Through this, it is possible to generate steam (gas) and generate power at a low and low temperature relatively. In this study, the analysis of heat flow between the refrigerant and waste heat in the ORC power generation system, which is an organic Rankine cycle, is analyzed using 3D simulation techniques to determine the temperature change, velocity change, pressure change, and mass change of the fluid flowing of the WHRU (Waste Heat Recovery Unit) inside and the outside the structure. The purpose of this study is to analyze how the mass change affects the structure, and this study analyzed the heat transfer of the heat exchanger from the refrigerant and the exhaust gas of the ship's main engine in the ORC power generation system using this technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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