The iterative boundary element method (IBEM) developed originally before for cavitating two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) hydrofoils moving under free surface is modified and applied to the case of 2-D (two-dimensional) airfoils and 3-D (three-dimensional) wings over water. The calculation of the steady-state flow characteristics of an inviscid, incompressible fluid past 2-D airfoils and 3-D wings above free water surface is of practical importance for air-assisted marine vehicles such as some racing boats including catamarans with hydrofoils and WIG (Wing-In-Ground) effect crafts. In the present paper, the effects of free surface both on 2-D airfoils and 3-D wings moving steadily over free water surface are investigated in detail. The iterative numerical method (IBEM) based on the Green's theorem allows separating the airfoil or wing problems and the free surface problem. Both the 2-D airfoil surface (or 3-D wing surface) and the free surface are modeled with constant strength dipole and constant strength source panels. While the kinematic boundary condition is applied on the airfoil surface or on the wing surface, the linearized kinematic-dynamic combined condition is applied on the free surface. The source strengths on the free surface are expressed in terms of perturbation potential by applying the linearized free surface conditions. No radiation condition is enforced for downstream boundary in 2-D airfoil and 3-D wing cases and transverse boundaries in only 3-D wing case. The method is first applied to 2-D NACA0004 airfoil with angle of attack of four degrees to validate the method. The effects of height of 2-D airfoil from free surface and Froude number on lift and drag coefficients are investigated. The method is also applied to NACA0015 airfoil for another validation with experiments in case of ground effect. The lift coefficient with different clearance values are compared with those of experiments. The numerical method is then applied to NACA0012 airfoil with the angle of attack of five degrees and the effects of Froude number and clearance on the lift and drag coefficients are discussed. The method is lastly applied to a rectangular 3-D wing and the effects of Froude number on wing performance have been investigated. The numerical results for wing moving under free surface have also been compared with those of the same wing moving above free surface. It has been found that the free surface can affect the wing performance significantly.
In comparison with conventional motors, Superconducting Homopolar Synchronous Motors (SHSMs) have advantages that it generates high magnetic field by superconducting winding. Therefore, superconducting coil used in SHSM can reduce the motor size and enhance the motor efficiency for high torque applications under the space constraints for propulsion system. During the design process of SHSM, it is required to evaluate the performance of initial design model, that is accurately analyzed using 3D magnetic field modeling large air-gap and flux distribution of axial direction is properly taken into account. In this paper, we analyze magnetic field of a homopolar motor with a 4-pole homopolar rotor and a stator of 3 phase windings. The field analysis is done using 3D finite element analysis which can reflect the end effect and overhang winding. And we extract mutual inductances between a rotor wind and the 3 stator windings. The extracted inductances are used for evaluation of overall motor performances that are calculated with generalized circuit theory of electrical machines.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제12권1호
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pp.61-80
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2018
Location information of individual nodes is important in the implementation of necessary network functions. While extensive studies focus on localization techniques in 2D space, few approaches have been proposed for 3D positioning, which brings the location closer to the reality with more complex calculation consumptions for high accuracy. In this paper, an effective range-free localization scheme is proposed for 3D space localization, and the sensitivity of parameters is evaluated. Firstly, we present an improved algorithm (MDV-Hop), that the average distance per hop of the anchor nodes is calculated by root-mean-square error (RMSE), and is dynamically corrected in groups with the weighted RMSE based on group hops. For more improvement in accuracy, we expand particle swarm optimization (PSO) of intelligent optimization algorithms to MDV-Hop localization algorithm, called PMDV-hop, in which the parameters (inertia weight and trust coefficient) in PSO are calculated dynamically. Secondly, the effect of various localization parameters affecting the PMDV-hop performance is also present. The simulation results show that PMDV-hop performs better in positioning accuracy with limited energy.
This study is about the installation of the solar cell modules. The solar cell modules are built by the tree-mimic structure, and the performance is compared with that of the flat-plate type solar cell module installation. The mathematical tree model, which was suggested by Fisher and Honda, is utilized to determine the location of the solar cell modules for the tree-mimic type. The experiment shows that the generated electric power of the flat-plate type is higher than that of the tree-mimic type by 30% for one month of July. This lower performance for the tree-mimic type comes from the shading effects among the solar cell modules. The theoretical calculation for the absorbed solar radiation on the two types of solar cell installation shows that the tree-mimic type is higher than the flat-plate type by 8.5%. The shading area for the tree-mimic model is calculated with time by using the 3D-CAD, which will be utilized for the optimization of the tree-mimic model in the future.
In the computational molecular analysis, 3D structural comparison for protein searching plays a very important role. As protein databases have been grown rapidly in size, exhaustive search methods cannot provide satisfactory performance. Because exhaustive search methods try to handle the structure of protein by using sphere set which is converted from atoms set, the similarity calculation about two sphere sets is very expensive. Instead, the filter-and-refine paradigm offers an efficient alternative to database search without compromising the accuracy of the answers. In recent, a very fast algorithm based on the inter-atomic distance has been suggested by Ballester and Richard. Since they adopted the moments of distribution with inter-atomic distance between atoms which are rotational invariant, they can eliminate the structure alignment and orientation fix process and perform the searching faster than previous methods. In this paper, we propose a new 3D shape descriptor. It has properties of the general shape distribution and useful property in screening the molecular database. We show some experimental results for the validity of our method.
Cardiac electrophysiology studies often use simulation to predict how cardiac will behave under various conditions. To observe the cardiac tissue movement, it needs to use the high--resolution heart mesh with a sophisticated and large number of nodes. The higher resolution mesh is, the more computation time is needed. To improve computation speed and performance, parallel processing using multi-core processes and network computing resources is performed. In this study, we compared the computational speeds of CPU parallelization and GPU parallelization in virtual heart simulation for efficiently calculating a series of ordinary differential equations (ODE) and partial differential equations (PDE) and determined the optimal CPU and GPU parallelization architecture. We used 2D tissue model and 3D ventricular model to compared the computation performance. Then, we measured the time required to the calculation of ODEs and PDEs, respectively. In conclusion, for the most efficient computation, using GPU parallelization rather than CPU parallelization can improve performance by 4.3 times and 2.3 times in calculations of ODEs and PDE, respectively. In CPU parallelization, it is best to use the number of processors just before the communication cost between each processor is incurred.
The coarse mesh finite difference (CMFD) method is applied to the discontinuous finite element method based discrete ordinate calculation for source convergence acceleration. The three-dimensional (3-D) DFEM-Sn code FEDONA is developed for general geometry applications as a framework for the CMFD implementation. Detailed methods for applying the CMFD acceleration are established, such as the method to acquire the coarse mesh flux and current by combining unstructured tetrahedron elements to rectangular coarse mesh geometry, and the alternating calculation method to exchange the updated flux information between the CMFD and DFEM-Sn. The partial current based CMFD (p-CMFD) is also implemented for comparison of the acceleration performance. The modified p-CMFD method is proposed to correct the weakness of the original p-CMFD formulation. The performance of CMFD acceleration is examined first for simple two-dimensional multigroup problems to investigate the effect of the problem and coarse mesh sizes. It is shown that smaller coarse meshes are more effective in the CMFD acceleration and the modified p-CMFD has similar effectiveness as the standard CMFD. The effectiveness of CMFD acceleration is then assessed for three-dimensional benchmark problems such as the IAEA (International Atomic Energy Agency) and C5G7MOX problems. It is demonstrated that a sufficiently converged solution is obtained within 7 outer iterations which would require 175 iterations with the normal DFEM-Sn calculations for the IAEA problem. It is claimed that the CMFD accelerated DFEM-Sn method can be effectively used in the practical eigenvalue calculations involving general geometries.
본 연구에서는 특정의 업무용 건축물에 대해서 화재 및 피난 시나리오를 선정하여 FAST 3.1.7(전실화재 예측), SIMULEX 32-bit(피난시간의 예측), JASMINE 3.25d(특정시간까지의 연기 유동성 평가)등의 S/W를 이용하여 이를 평가했으며 그 결과는 다음과 같다. Scenario #1 결과, 화재실에서 전실화재가 발생하지 않았고, 층 피난시간은 25.2 sec로 나타났으며 이때까지의 FAST 3.1.7결과에서 연기층은 2.4m를 기록, 연기유동성 평가에서도 재실자들은 연기의 피해(가시거리, 독성)없이 피난이 완료될 것으로 나타났다. Scenario #2 결과, 화재실에서 6 min 33.2 sec에 전실화재가 발생했으며, 수계산에 의한 피난시간은 5 min 23sec로 나타났다. 본 대상건물에 대해서 선정한 Scenario #1, #2 모두 인명안전설계는 적정하게 설계되었다고 판단된다.
High-speed flight vehicle have various cavities. The supersonic cavity flow is complicated due to vortices, flow separation and reattachment, shock and expansion waves. The general cavity flow phenomena include the formation and dissipation of vortices, which induce oscillation and noise. The oscillation and noise greatly affect flow control, chemical reaction, and heat transfer processes. The supersonic cavity' flow with high Reynolds number is characterized by the pressure oscillation due to turbulent shear layer, cavity geometry, and resonance phenomenon based on external flow conditions, The resonance phenomena can damage the structures around the cavity and negatively affect aerodynamic performance and stability. In the present study, we performed numerical analysis of cavities by applying the unsteady, compressible three dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equations with the ${\kappa}-{\omega}$ turbulence model. The cavity model used for numerical calculation had a depth(D) of 15mm cavity aspect ratio(L/D) of 3, width to spanwise ratio(W/D) of 1.0 to 5.0. Based on the PSD(Power Spectral Density) and CSD(Cross Spectral Density) analysis of the pressure variation, the dominant frequency was analyized and compared with the results of Rossiter's Eq.
High-speed flight vehicle have various cavities. The supersonic cavity flow is complicated due to vortices, flow separation, reattachment, shock waves and expansion waves. The general cavity flow phenomena includes the formation and dissipation of vortices, which induce oscillation and noise. The oscillation and noise greatly affect flow control, chemical reaction, and heat transfer processes. The supersonic cavity flow with high Reynolds number is characterized by the pressure oscillation due to turbulent shear layer, cavity geometry, and resonance phenomenon based on external flow conditions. The resonance phenomena can damage the structures around the cavity and negatively affect aerodynamic performance and stability. In the present study, we performed numerical analysis of cavities by applying the unsteady, compressible three dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equations with the ${\kappa}-{\omega}$ turbulence model. The cavity model used for numerical calculation had a depth(D) of 15mm cavity aspect ratio (L/D) of 3, width to spanwise ratio(W/D) of 1.0 to 5.0. Based on the PSD(Power Spectral Density) and CSD(Cross Spectral Density) analysis of the pressure variation, the dominant frequency was analyzed and compared with the results of Rossiter's Eq.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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