International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권4호
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pp.360-366
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2011
Thin circular-arc blade is often used as a guide vane, a deflecting vane, or a rotating blade of low pressure axial-flow turbomachine because of its easy manufacture. Ordinary design of the blade elements of these machines is done by use of the carpet diagrams for a cascade of circular-arc blades. However, the application of the carpet diagrams is limited to relatively low cambered blade operating under optimum inlet flow conditions. In order to extend the applicable range, additional design data is necessary. Computational fluid dynamics (CFD) is a promising method to get these data. In this paper, two-dimensonal cascade performances of circular-arc blade are widely analyzed with CFD. The results have been compared with the results of experiment and potential theory, and useful information has been obtained. Turning angle and total pressure loss coefficients are satisfactorily predicted for lowly cambered blade. For high camber angle of $67^{\circ}$, the CFD results agree with experiment for the angle of attack less than that for shockless inlet condition.
In this study, we propose the design of optimized fuzzy controller for the rotary inverted pendulum system by using differential evolution algorithm. The structure of the differential evolution algorithm has a simple structure and its convergence to optimal values is superb in comparison to other optimization algorithms. Also the differential evolution algorithm is easier to use because it have simpler mathematical operators and have much less computational time when compared with other optimization algorithms. The rotary inverted pendulum system is nonlinear and has a unstable motion. The objective is to control the position of the rotating arm and to make the pendulum to maintain the unstable equilibrium point at vertical position. The output performance of the proposed fuzzy controller is considered from the viewpoint of performance criteria such as overshoot, steady-state error, and settling time through simulation and practical experiment. From the result of both simulation and practical experiment, we evaluate and analyze the performance of the proposed optimal fuzzy controller from the comparison between PGAs and differential evolution algorithms. Also we show the superiority of the output performance as well as the characteristic of differential evolution algorithm.
The spring constants of primary suspensions for a railway vehicle are optimized by a robust design process, in which the response surface models(RSMs) of their dynamic responses are constructed via the design of experiment(DOE). The robust design process requires an intensive computation to evaluate exactly a probabilistic feasibility for the robustness of dynamic responses with their probabilistic variances for the railway vehicle. In order to overcome the computational process, the process capability index $C_{pk}$ is introduced which enables not only to show the mean value and the scattering of the product quality to a certain extent, but also to normalize the objective functions irrespective of various different dimensions. This robust design, consequently, becomes to optimize the $C_{pk}$ subjected to constraints, i.e. 2, satisfying six sigma. The proposed method shows not only an improvement of some $C_{pk}$ violating the constraints obtained by the conventional optimization, but also a significant decrease of the variance of the $C_{pk}$.
5MW급 풍력발전용 기어박스의 효율적인 구조해석과 근사모델을 생성하여 경량화를 위한 형상 최적설계를 수행하였다. 풍력발전용 기어박스의 구조는 기어 트레인, 축, 베어링, 하우징과 같이 복잡한 구성요소로 이루어져 있어 구조해석에 많은 요소 수를 요구하고 있다. 본 연구에서는 헬리컬 기어의 치강성 계수를 고려한 효과적인 기어박스의 구조해석 모델을 생성하였다. 치강성 계수를 사용한 유성 기어열은 상대적으로 적은 요소 수와 해석시간으로도 전체 기어박스 시스템의 구조해석과 형상 최적화를 가능케 한다. 치강성을 이용한 단순화된 해석모델과 근사모델을 적용하여 하우징 무게에 영향이 큰 부위의 두께를 설계변수로 설정하여 케이스 최적설계안을 도출하였으며, 최적설계를 위해 사용된 근사모델의 신뢰성과 최적 기어박스 하우징 형상의 수치해석을 통해 타당성을 검증하였다.
Selective Catalytic Reduction(SCR) has been used for the reduction of $NO_x$ in a steam supply boiler. Recently, the reduction of $NO_x$ becomes an important research field because of its negative effect on an environment. Shape optimization of circular poles installed in the chamber, which is located in upstream of a SCR, has been performed using response surface method and three-dimensional Navier-Stokes analysis to enhance gas flow uniformity. Three design parameters, diameter, arranging angle and stretching ratio of circular poles, are considered in the present study. Throughout the shape optimization of a circular pole, gas flow uniformity is successfully increased by decreasing local recirculation flow in a square duct chamber. Recirculation flow observed in the corner of the square duct can be reduced by proper installation of a guide vane or a blunt body. Detailed flow characteristics are also analyzed and discussed.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권5호
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pp.2414-2433
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2019
The aim of this paper is to design a 3D laser radar prototype based on laser triangulation. The mathematical model of distance sensitivity is deduced; a pixel-distance conversion formula is discussed and used to complete 3D scanning. The center position extraction algorithm of the spot is proposed, and the error of the linear laser, camera distortion and installation are corrected by using the proposed weighted average algorithm. Finally, the three-dimensional analytic computational algorithm is given to transform the measured distance into point cloud data. The experimental results show that this 3D laser radar can accomplish the 3D object scanning and the environment 3D reconstruction task. In addition, the experiment result proves that the product of the camera focal length and the baseline length is the key factor to influence measurement accuracy.
In ultrasonic spray pyrolysis deposition, a precursor solution is evaporated by an ultrasonic atomizer, then gas-carried into a furnace where the solute is separated from the water vapor. After condensation, polymerization, and nucleation, the solute oxide forms a thin film. To improve the deposition efficiency, the ultrasonic atomizer was studied to optimize the evaporated gas flow. The vat cover was redesigned, using three versions with different inlet factors being tested through a computational fluid dynamic analysis as well as a water evaporation experiment. The atomization rate with a hemispherical cover with a $30^{\circ}$ inlet was found to be 2.4 times higher than that with the original. This improvement was verified with fluorine-doped tin oxide spray pyrolysis deposition. The film obtained with the modified vat cover was 2.4 times thicker than that obtained with the original vat cover.
Designing high quality products and processes at a low cost is central technological and economic challenge to the engineer. The combination of engineering concepts and statistical implementations offered by Taguchi\`s off-line design technique has proven t be invaluable. By examining some deficiencies in designs from the Taguchi\`s highly fractional, orthogonal main effect plan based on orthogonal arrays, alternative method is proposed. The maximum resolution or the minimum aberration criterion is commonly used for selecting 2$^{n-m}$ fractional designs. We present new high resolution (low aberration) linear graphs to simplify the complexity of selecting designs with desirable statistical properties. The new linear graphs approach shows a substantial improvement over Taguchi\`s linear graphs and other related graphical methods for planning experiment. The new set of linear graphs will allow the experimenter to maintain the simple approach suggested by Taguchi while obtaining the best statistical properties of the resulting design such as minimum aberration as a by-product without dependency on complicated computational algorithm or additional statistical training.g.
In this paper, a CAB/CAE integrated optimal design system is developed, in which design and analysis process is automated using CAD/CAE softwares, for a complicated model for which parametric modeling provided by CAD software is not possible. CAD modeling process is automated by using UG/OPEN API function and UG/Knowledge Fusion provided by Unigraphics. The generated model is transferred to the analysis code ANSYS in parasolid format. Visual DOC software is used for optimization. The system is developed for PLS(Plasma Lighting System), which is a next generation illumination system that is used to illuminate stadium or outdoor advertizing panel. The PLS system consists of more then 20 components, which requires a lot of human efforts in modeling and analysis. The analysis for PLS includes static load, wind load and impact load analysis. As a result of analysis, it is found that the most critical component is a tilt assembly, which links lower & upper body assembly. For more reliable analysis, experiment is conducted using MTS and compared with the Finite element analysis result. The objective in the optimization is to minimize the material volume under allowable stresses. The design variables are three parameters in the tilt assembly that are chosen to be the most sensitive in stress values of twelve parameters. Gradient based method and RSM(Response Surface Method) are used for the algorithm and the results are compared. As a result of optimization, the maximum stress is reduced by 57%.
A HVAC(Heating Ventilation and Air Conditioning) is adapted to increase the comfort of the cabin environment for train. The train HVAC duct system has very long duct and many outlets due to the shape of a train set. the duct cross section shape is limited by a roof structure and equipments. Therefore, the pressure distribution and flow uniformity is an important performance indicator for the duct system. In this study, the existing blow down type HVAC duct system for a train was supplemented to improve the flow uniformity by applying a design method combining design of experiment (DOE) with numerical analysis. The design variables and the test sets were selected and the performance for each test set was evaluated using CFD(Computational Fluid Dynamics). The influence of each design variable on the system performance was analysed based on the results of the performance evaluation on the test sets. Furthermore, the optimized model, whose the flow uniformity was improved was produced using the direct optimization(gradient-based method). Finally, the performance of the optimized model was evaluated using numerical analysis, and it was confirmed that its flow uniformity has indeed improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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