Myeong-Kyu, Kim;Hyoung-Seock, Seo;Hui-Seung, Park;Sang-Ho, Kim
Composites Research
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v.35
no.6
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pp.447-455
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2022
Currently, the problem of pollution of the marine environment by microplastics is emerging seriously internationally. In this study, to develop a lightweight portable microplastic collection device, the types and number of microplastics in 21 coastal areas nationwide in Korea were investigated. And CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer) and aluminum were applied for design and analysis of microplastic collection device to have the durability, corrosion resistance and lightweight. As a result of sample collection and classification from the shore, it was confirmed that microplastics were distributed the most in Hamdeok beach, and the polystyrene was found to be mainly distributed microplastics. Particle information through coastal field survey and CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis were used to analyze the flow rate and distribution of particles such as sand and impurities, which were applied to the structural analysis of the cyclone device using the finite element method. As a result of structural analysis considering the particle impact inside the cyclone device, the structural safety was examined as remarkable in the order of CFRP, GFRP, aluminum, and ABS. In the view of weight reduction, CFRP could be reduced in weight by 53%, GFRP by 47%, and ABS by 61% compared to aluminum for the cyclone device.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.9
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pp.599-608
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2022
Urban air mobility (UAM) equipped with rotor system is subject to ground effect at vertiport during takeoff and landing. The aerodynamic performance of the aircraft in ground effect should be analyzed for the safe operation. In this study, The ground effects on the aerodynamic performance and wake structure of the quadcopter electric vertical takeoff and landing (eVTOL) configuration equipped with coaxial counter-rotating propellers were investigated by using the lattice Boltzmann method (LBM). The influence of the ground effect was observed differently in the upper and lower propellers of the coaxial counter-rotating propeller system. There was no significant change in the aerodynamic performance of the upper propeller even if the propeller height above the ground was changed, whereas the averaged thrust and torque of the lower propeller increased significantly as propeller height decreased. In addition, the amplitude of the thrust fluctuation tended to increase as the propeller height decreased. The propeller wake was not sufficiently propagated downstream and was diffused along the ground due to the outwash flow developed by the ground effect. The impingement of the rotor wakes on the ground and a fountain vortex structure were observed.
In this work a multi-fidelity non-intrusive polynomial chaos (MF-NIPC) has been applied to a structural wind engineering problem in architectural design for the first time. In architectural design it is important to design structures that are safe in a range of wind directions and speeds. For this reason, the computational models used to design buildings and bridges must account for the uncertainties associated with the interaction between the structure and wind. In order to use the numerical simulations for the design, the numerical models must be validated by experi-mental data, and uncertainties contained in the experiments should also be taken into account. Uncertainty Quantifi-cation has been increasingly used for CFD simulations to consider such uncertainties. Typically, CFD simulations are computationally expensive, motivating the increased interest in multi-fidelity methods due to their ability to lev-erage limited data sets of high-fidelity data with evaluations of more computationally inexpensive models. Previous-ly, the multi-fidelity framework has been applied to CFD simulations for the purposes of optimization, rather than for the statistical assessment of candidate design. In this paper MF-NIPC method is applied to flow around a rectan-gular 5:1 cylinder, which has been thoroughly investigated for architectural design. The purpose of UQ is validation of numerical simulation results with experimental data, therefore the radius of curvature of the rectangular cylinder corners and the angle of attack are considered to be random variables, which are known to contain uncertainties when wind tunnel tests are carried out. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are solved by a solver that employs the Finite Element Method (FEM) for two turbulence modeling approaches of the incompressible Navier-Stokes equations: Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes (URANS) and the Large Eddy simulation (LES). The results of the uncertainty analysis with CFD are compared to experimental data in terms of time-averaged pressure coefficients and bulk parameters. In addition, the accuracy and efficiency of the multi-fidelity framework is demonstrated through a comparison with the results of the high-fidelity model.
Secondary flows have a huge impact on losses generation in modern low pressure gas turbines (LPTs). At design point, the interaction of the blade profile with the end-wall boundary layer is responsible for up to 40% of total losses. Therefore, predicting accurately the end-wall flow field in a LPT is extremely important in the industrial design phase. Since the inlet boundary layer profile is one of the factors which most affects the evolution of secondary flows, the first main objective of the present work is to investigate the impact of two different inlet conditions on the end-wall flow field of the T106A, a well known LPT cascade. The first condition, labeled in the paper as C1, is represented by uniform conditions at the inlet plane and the second, C2, by a flow characterized by a defined inlet boundary layer profile. The code used for the simulations is based on the Discontinuous Galerkin (DG) formulation and solves the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations coupled with the Spalart Allmaras turbulence model. Secondly, this work aims at estimating the influence of viscosity and turbulence on the T106A end-wall flow field. In order to do so, RANS results are compared with those obtained from an inviscid simulation with a prescribed inlet total pressure profile, which mimics a boundary layer. A comparison between C1 and C2 results highlights an influence of secondary flows on the flow field up to a significant distance from the end-wall. In particular, the C2 end-wall flow field appears to be characterized by greater over turning and under turning angles and higher total pressure losses. Furthermore, the C2 simulated flow field shows good agreement with experimental and numerical data available in literature. The C2 and inviscid Euler computed flow fields, although globally comparable, present evident differences. The cascade passage simulated with inviscid flow is mainly dominated by a single large and homogeneous vortex structure, less stretched in the spanwise direction and closer to the end-wall than vortical structures computed by compressible flow simulation. It is reasonable, then, asserting that for the chosen test case a great part of the secondary flows details is strongly dependent on viscous phenomena and turbulence.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.7
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pp.1231-1237
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2022
In the present study, the optimization of the main particulars of a ship using AI-based design search techniques was investigated. For the design search techniques, the SHERPA algorithm by HEEDS was applied, and CFD analysis using STAR-CCM+ was applied for the calculation of resistance performance. Main particulars were automatically transformed by modifying the main particulars of the ship at the stage of preprocessing using JAVA script and Python. Small catamaran was chosen for the present study, and the main dimensions of the length, breadth, draft of demi-hull, and distance between demi-hulls were considered as design variables. Total resistance was considered as an objective function, and the range of displaced volume considering the arrangement of the outfitting system was chosen as the constraint. As a result, the changes in the individual design variables were within ±5%, and the total resistance of the optimized hull form was decreased by 11% compared with that of the existing hull form. Throughout the present study, the resistance performance of small catamaran could be improved by the optimization of the main dimensions without direct modification of the hull shape. In addition, the application of optimization using design search techniques is expected for the improvement in the resistance performance of a ship.
The appropriate injection of H2O2 is essential to produce hydroxyl radicals (OH·) by mixing H2O2 quickly and exposing the resulting H2O2 solution to UV irradiation. This study focused on evaluating mixing device of H2O2 as a design factor of UV/H2O2 AOP pilot plant using a surface water. The experimental investigation involved both experimental and model-based analyses to evaluate the mixing effect of different devices available for the H2O2 injection of a tubular hollow pipe, elliptical type of inline mixer, and nozzle-type injection mixer. Computational fluid dynamics analysis was employed to model and simulate the mixing devices. The results showed that the elliptical type of inline mixer showed the highest uniformity of 95%, followed by the nozzle mixer with 83%, and the hollow pipe with only 18%, after passing through each mixing device. These results indicated that the elliptical type of inline mixer was the most effective in mixing H2O2 in a bulk. Regarding the pressure drops between the inlet and outlet of pipe, the elliptical-type inline mixer exhibited the highest pressure drop of 15.8 kPa, which was unfavorable for operation. On the other hand, the nozzle mixer and hollow pipe showed similar pressure drops of 0.4 kPa and 0.3 kPa, respectively. Experimental study showed that the elliptical type of inline and nozzle-type injection mixers worked well for low concentration (less than 5mg/L) of H2O2 injection within 10% of the input value, indicating that both mixers were appropriate for required H2O2 concentration and mixing intensity of UV/ H2O2 AOP process. Additionally, the elliptical-type inline mixer proved to be more stable than the nozzle-type injection mixer when dealing with highly concentrated pollutants entering the UV/H2O2 AOP process. It is recommended to use a suitable mixing device to meet the desired range of H2O2 concentration in AOP process.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.5
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pp.512-519
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2023
Noise pollution poses significant challenges to human well-being and marine ecosystems. It is primarily caused by the flow around ships and marine installations, emphasizing the need for accurate noise evaluation of flow noise to ensure environmental safety. Existing flow noise analysis methods for underwater environments typically use a hybrid method combining computational fluid dynamics and Ffowcs Williams-Hawkings acoustic analogy. However, this approach has limitations, neglecting near-field effects such as reflection, scattering, and diffraction of sound waves. In this study, an alternative using direct method flow noise analysis via the lattice Boltzmann method (LBM) is incorporated. The LBM provides a more accurate representation of the underwater structural boundaries and acoustic wave effects. Despite challenges in underwater environments due to numerical instabilities, a novel DM-TS LBM collision operator has been developed for stable implementations for hydroacoustic applications. This expands the LBM's applicability to underwater structures. Validation through flow noise analysis in pipe orifice demonstrates the feasibility of near-field analysis, with experimental comparisons confirming the method's reliability in identifying main pressure peaks from flow noise. This supports the viability of near-field flow noise analysis using the LBM.
This study attempted to simulate changes in the thermal environment according to the type of apartment complex in Korea using CFD techniques and evaluate the thermal environment by type of apartment. First, apartment complex types in the 2000s and 2010s were referred from previous studies and four types of apartment complex were extracted from. Second, the layout of the apartment complex and temperature changes were analyzed by the direction of wind inflow. Third, a standardized model was created from each type using tower type, plate type, and mixed driving. Last, CFD simulations were performed by setting up the inflow of wind from a total of eight directions. The temperature was relatively low in the type consisting of only the tower type and the type of placing the tower type in the center of the complex, regardless of the direction of the wind. It was due to the good inflow of wind from these types to the inside of the complex. It can be interpreted because wind flows easily into the complex in these types. The findings showed that wind flow and resulting temperature distribution patterns differed depending on the building type and complex layout type, confirming the need for careful consideration of the complex layout in the early design stage. The results are expected to be used as basic data for creating a sustainable residential environment in the early design stage of apartment complexes in the future.
Jung, Chung Gil;Kwon, Min Seong;Park, Sung Sik;Bang, Jae Won;Choi, Kyu Hyun;Kim, Kyu Ho
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2022.05a
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pp.478-478
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2022
섬진강은 하굿둑이 없는 열린 하구로서 하구로부터 약 21km까지 조석의 영향을 받아 강물의 염도가 시간에 따라 변하는 환경이다. 오랫동안 섬진강 하구는 다양한 원인으로부터 바다화로 대표되는 염하구 문제가 지역 현안 사항으로 제기되어 왔다. 상류에서의 용수사용 증가로 인한 하천 유하량 감소 또한 그 원인들 중 하나로 판단됨에 따라 실제 하구까지 내려오는 하천유량과 바다로부터 유입되는 해수를 구분하여 정량화하는 연구가 필요한 사안이다. 본 연구의 목적은 섬진강 수계 하구에서의 다양한 생태환경을 보전하기 위한 적정 염분유지가 요구됨에 따라 섬진강하구 염분계측기(섬진강대교)를 설치하여 염분농도를 관측하고 하천유량, 하천취수 및 해양조위에 따른 염분농도 변화를 모의하여 하천유량과 염분과의 관계를 제시하고자 하였다. 본 연구에서는 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code) 수치모델을 이용하여 상류로는 구례군(송정리) 수위관측소부터 하류로는 여수해만 및 문의리까지의 구역을 설정하고 광양조위, 하동수위 및 고정식 염분 계측기 관측염분농도 자료를 이용하여 수치모델링의 재현성을 검증하였다. 검증 결과, 결정계수(R2)는 0.87(하동수위), 0.93(광양조위), 0.56(섬진강대교 염도)를 나타냈다. 모델 검보정 후 하천유량에 따른 염분변화 실험을 실시하여 염분농도 거동을 분석하였다. 모델 결과, 섬진강하구에서의 염분거동은 소조기때 염분체류 현상으로 인해 대조기 거동과는 큰 차이를 나타냈다. 따라서, 모델링 결과를 이용한 유량-염분 조견표는 각각 대조기와 소조기로 구분하여 산정하였다. 대조기때는 송정유량이 10톤/초의 평균갈수량이 흐를 경우 다압에서의 취수량이 2.52톤/초 ~ 4.63/초로 증가할수록 18.8psu ~ 19.9psu로 증가하였다. 소조기의 경우는 25.5psu ~ 25.7psu로 대조기와 비교하여 크게 증가됨을 나타냈다. 본 연구의 결과는 객관적인 생태환경 보전을 위한 적정염분농도 범위가 도출된다면 이를 유지하기 위한 필요유량과 필요유량을 확보하기 위한 장단기적인 대책수립이 가능할 것으로 기대된다.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.2
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pp.93-103
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2023
Warships widely spread numerous chaffs using a blast, which form chaff clouds that create false radar cross-sections to deceive enemy radars. In this study, we established a numerical framework based on a one-way coupling of computational fluid dynamics and discrete element method to simulate the spatiotemporal distribution of chaff clouds for warships in the air. Using the framework, we investigated the effects of wind, initial chaff cartridge angle, and blast pressure on the distribution of chaff clouds. We observed three phases for the chaff cloud diffusion: radial diffusion by the explosion, omnidirectional diffusion by turbulence and collision, and gravity-induced diffusion by the difference in the fall speed. The wind moved the average position of the chaff clouds, and the diffusion due to drag force did not occur. The direction of radial diffusion by the explosion depended on the initial angle of the cartridge, and a more vertical angle led to a wider distribution of the chaffs. As the blast pressure increased, the chaff clouds spread out more widely, but the distribution difference in the direction of gravity was not significant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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