In recent years, hybrid neural network approaches which combine neural networks and mechanistic models have been gaining considerable interests. These approaches are potentially very efficient to obtain more accurate predictions of process dynamics by combining mechanistic and neural models in such a way that the neural network model properly captures unknown and nonlinear parts of the mechanistic model. In this work, such an approach was applied in the modeling of a full-scale coke wastewater treatment process. First, a simplified mechanistic model was developed based on the Activated Sludge Model No.1 and the specific process knowledge, Then neural network was incorporated with the mechanistic model to compensate the errors between the mechanistic model and the process data. Simulation and actual process data showed that the hybrid modeling approach could predict accurate process dynamics of industrial wastewater treatment plant. The promising results indicated that the hybrid modeling approach could be a useful tool for accurate and cost-effective modeling of biochemical processes.
Rahmani, Mohammad;Kim, Yong-Rak;Park, Yong Boo;Jung, Jong Suk
토지주택연구
/
제11권2호
/
pp.95-104
/
2020
This study aims to explore a purely mechanistic pavement analysis approach where viscoelasticity and fracture of asphalt mixtures are considered to accurately predict deformation and damage behavior of flexible pavements. To do so, the viscoelastic and fracture properties of designated pavement materials are obtained through experiments and a fully mechanistic damage analysis is carried out using a finite element method (FEM). While modeling crack development can be done in various ways, this study uses the cohesive zone approach, which is a well-known fracture mechanics approach to efficiently model crack initiation and propagation. Different pavement configurations and traffic loads are considered based on three main functional classes of roads suggested by FHWA i.e., arterial, collector and local. For each road type, three different material combinations for asphalt concrete (AC) and base layers are considered to study damage behavior of pavement. A concept of the approach is presented and a case study where three different material combinations for AC and base layers are considered is exemplified to investigate progressive damage behavior of pavements when mixture properties and layer configurations were altered. Overall, it can be concluded that mechanistic pavement modeling attempted in this study could differentiate the performance of pavement sections due to varying design inputs. The promising results, although limited yet to be considered a fully practical method, infer that a few mixture tests can be integrated with the finite element modeling of the mixture tests and subsequent structural modeling of pavements to better design mixtures and pavements in a purely mechanistic manner.
Recent progress in the computational fluid dynamics methods of two- and multiphase phase flows has already started opening up new exciting possibilities for using complete multidimensional models to simulate boiling systems. Combining this new theoretical and computational approach with novel experimental methods should dramatically improve both our understanding of the physics of boiling and the predictive capabilities of models at various scale levels. However, for the multidimensional modeling framework to become an effective predictive tool, it must be complemented with accurate mechanistic closure laws of local boiling mechanisms. Boiling heat transfer has been studied quite extensively before. However, it turns out that the prevailing approach to the analysis of experimental data for both pool boiling and forced-convection boiling has been associated with formulating correlations which normally included several adjustable coefficients rather than based on first principle models of the underlying physical phenomena. One reason for this has been the tendency (driven by practical applications and industrial needs) to formulate single expressions which encompass a broad range of conditions and fluids. This, in turn, makes it difficult to identify various specific factors which can be independently modeled for different situations. The objective of this paper is to present a mechanistic modeling concept for both pool boiling and forced-convection boiling. The proposed approach is based on theoretical first-principle concepts, and uses a minimal number of coefficients which require calibration against experimental data. The proposed models have been validated against experimental data for water and parametrically tested. Model predictions are shown for a broad range of conditions.
Murallidharan, Janani;Giustini, Giovanni;Sato, Yohei;Niceno, Bojan;Badalassi, Vittorio;Walker, Simon P.
Nuclear Engineering and Technology
/
제48권4호
/
pp.859-869
/
2016
Component-scale modeling of boiling is predominantly based on the Eulerian-Eulerian two-fluid approach. Within this framework, wall boiling is accounted for via the Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) model and, within this model, the bubble is characterized using three main parameters: departure diameter (D), nucleation site density (N), and departure frequency (f). Typically, the magnitudes of these three parameters are obtained from empirical correlations. However, in recent years, efforts have been directed toward mechanistic modeling of the boiling process. Of the three parameters mentioned above, the departure diameter (D) is least affected by the intrinsic uncertainties of the nucleate boiling process. This feature, along with its prominence within the RPI boiling model, has made it the primary candidate for mechanistic modeling ventures. Mechanistic modeling of D is mostly carried out through solving of force balance equations on the bubble. Forces incorporated in these equations are formulated as functions of the radius of the bubble and have been developed for, and applied to, low-pressure conditions only. Conversely, for high-pressure conditions, no mechanistic information is available regarding the growth rates of bubbles and the forces acting on them. In this study, we use direct numerical simulation coupled with an interface tracking method to simulate bubble growth under high (up to 45 bar) pressure, to obtain the kind of mechanistic information required for an RPI-type approach. In this study, we compare the resulting bubble growth rate curves with predictions made with existing experimental data.
Purpose: This review aims at introducing 3 modeling approaches classified into 3 categories based on the purpose (estimation or prediction), structure (linear or non-linear) and phase (steady-state or dynamic-state); 1) statistical approaches, 2) kinetic modeling and 3) mechanistic modeling. We hope that this review can be a useful guide in the model-based approach of calcium metabolism as well as illustrates an application of engineering tools in studying biosystems. Background: The meaning of biosystems has been expanded, including agricultural/food system as well as biological systems like genes, cells and metabolisms. This expansion has required a useful tool for assessing the biosystems and modeling has arisen as a method that satisfies the current inquiry. To suit for the flow of the era, examining the system which is a little bit far from the traditional biosystems may be interesting issue, which can enlarge our insights and provide new ideas for prospective biosystem-researches. Herein, calcium metabolic models reviewed as an example of application of modeling approaches into the biosystems. Review: Calcium is an essential nutrient widely involved in animal and human metabolism including bone mineralization and signaling pathways. For this reason, the calcium metabolic system has been studied in various research fields of academia and industries. To study calcium metabolism, model-based system analyses have been utilized according to the purpose, subject characteristics, metabolic sites of interest, and experimental design. Either individual metabolic pathways or a whole homeostasis has been modeled in a number of studies.
The structural response and performance of a flexible pavement can be improved through the use of geogrids as base course reinforcement. Current ongoing research at the University of illinois has focused on the development of a geogrid base reinforcement mechanistic model for the analysis of reinforced pavements. This model is based on the finite element methodology and considers not only the nonlinear stress-dependent pavement foundation but also the isotropic and anisotropic behavior of base/subbase aggregates for predicting pavement critical responses. An axisymmetric finite element model was developed to employ a three-noded axisymmetric membrane element for modeling geogrid reinforcement. The soil/aggregate-geogrid interface was modeled by the three-noded membrane element and the neighboring six-noded no thickness interface elements. To validate the developed mechanistic model, the commercial finite element program $ABAQUS^{TM}$ was used to generate pavement responses as analysis results for simple cases with similar linear elastic material input properties. More sophisticated cases were then analyzed using the mechanistic model considering the nonlinear and anisotropic modulus property inputs in the base/subbase granular layers. This paper will describe the details of the developed mechanistic model and the effectiveness of geogrid reinforcement when used in different quality unbound aggregate base/subbase layers.
Podowski, Michael Z.;Podowski, Raf M.;Kim, Dong Ha;Bae, Jun Ho;Son, Dong Gun
Nuclear Engineering and Technology
/
제51권8호
/
pp.1916-1938
/
2019
The objective of this paper is to discuss the modeling principles of phenomena governing core degradation/melting and in-vessel melt relocation during severe accidents in light water reactors. The proposed modeling approach has been applied in the development of a new accident simulation package, COMPASS (COre Meltdown Progression Accident Simulation Software). COMPASS can be used either as a stand-alone tool to simulate in-vessel meltdown progression up to and including RPV failure, or as a component of an integrated simulation package being developed in Korea for the APR1400 reactor. Interestingly, since the emphasis in the development of COMPASS modeling framework has been on capturing generic mechanistic aspects of accident progression in light water reactors, several parts of the overall model should be useful for future accident studies of other reactor designs, both PWRs and BWRs. The issues discussed in the paper include the overall structure of the model, the rationale behind the formulation of the governing equations and the associated simplifying assumptions, as well as the methodology used to verify both the physical and numerical consistencies of the overall solver. Furthermore, the results of COMPASS validation against two experimental data sets (CORA and PHEBUS) are shown, as well as of the predicted accident progression at TMI-2 reactor.
Water quality models are scientific tools that simulate and interpret the relationship between physical, chemical and biological reactions to external pollutant loads in water systems. They are actively used as a key technology in environmental water management. With recent advances in computational power, water quality modeling technology has evolved into a coupled three-dimensional modeling of hydrodynamics, water quality, and ecological inputs. However, there is uncertainty in the simulated results due to the increasing model complexity, knowledge gaps in simulating complex aquatic ecosystem, and the distrust of stakeholders due to nontransparent modeling processes. These issues have become difficult obstacles for the practical use of water quality models in the water management decision process. The objectives of this paper were to review the theoretical background, needs, and development status of water quality modeling technology. Additionally, we present the potential future directions of water quality modeling technology as a scientific tool for national environmental water management. The main development directions can be summarized as follows: quantification of parameter sensitivities and model uncertainty, acquisition and use of high frequency and high resolution data based on IoT sensor technology, conjunctive use of mechanistic models and data-driven models, and securing transparency in the water quality modeling process. These advances in the field of water quality modeling warrant joint research with modeling experts, statisticians, and ecologists, combined with active communication between policy makers and stakeholders.
Resent advances in computer technology have introduced a sophisticated capability for computing the biological fate of toxicants in a biological system. This methodology, which has drastically altered risk assessment skill in toxicology, is designed using all the mechanistic information, and all claim better accuracy with extrapolating capability Iron animal to people than conventional pharmacokinetic methods. Biologically based mathematical models in which the specific mechanistic steps governing tissue disposition(pharmacokinetics) and toxic action (pharmacodynamics) of chemicals are constructed in quantitative terms by a set of equations loading to prediction of the outcome of specific toxicological experiments by computer simulation. pharmacokinetic and pharmacodynamic models are useful in risk assessment because their mechanistic biological basis permits the high-to-low dose, route to route and interspecies extrapolation of the tissue disposition and toxic action of chemicals.
This tutorial explains the basic principles of mechanistic ligand-receptor interaction model, which is an operational model of agonism. A growing number of agonist drugs, especially immune oncology drugs, is currently being developed. In this tutorial, time-dependent ordinary differential equation for simple $E_{max}$ operational model of agonism was derived step by step. The differential equation could be applied in a pharmacodynamic modeling software, such as NONMEM, for use in non-steady state experiments, in which experimental data are generated while the interaction between ligand and receptor changes over time. Making the most of the non-steady state experimental data would simplify the experimental processes, and furthermore allow us to identify more detailed kinetics of a potential drug. The operational model of agonism could be useful to predict the optimal dose for agonistic drugs from in vitro and in vivo animal pharmacology experiments at the very early phase of drug development.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.