Most material of engineering interest undergoes solidification process from liquid to solid state. Identifying the underlying mechanism during solidification process is essential to determine the microstructure of material which governs the physical properties of final product. In this paper, we expand our previous two-dimensional numerical technique to three-dimensional simulation for computing dendritic solidification process with fluid convection. We used Level Contour Reconstruction Method to track the moving liquid-solid interface and Sharp Interface Technique to correctly implement phase changing boundary condition. Three-dimensional results showed clear difference compared to two-dimensional simulation on tip growth rate and velocity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.7
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pp.469-476
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2009
Most material of engineering interest undergoes solidification process from liquid state. Identifying the underlying mechanism during solidification process is essential to determine the microstructure of material thus the physical properties of final product. In this paper, effect of fluid convection on the dendrite solidification morphology is studied using Level Contour Reconstruction Method. Sharp interface technique is used to implement correct boundary condition for moving solid interface. The results showed good agreement with exact boundary integral solution and compared well with other numerical techniques. Effects of Peclet number and undercooling on growth of dendrite tip of both single and multiple seeds have been also investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.6
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pp.744-752
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2003
A level set method is combined with the volume-of-fluid method so that the coupled method can not only calculate an interfacial curvature accurately but also can achieve mass conservation well. The coupled level set and volume-of-fluid(CLSVOF) method is efficiently implemented by employing an interface reconstruction algorithm which is based on the explicit relationship between the interface configuration and the fluid volume function. The CLSVOF method is applied for numerical simulation of droplet impact on solid surfaces with variable contact angles. The numerical results are found to preserve mass conservation and to be in good agreement with the data reported in the literature. Also, the present method proved to be applicable to the complex phenomena such as breakup and rebound of a droplet.
Lee, Bo An;Kim, Bong Seok;Ko, Min Seok;Kim, Kyung Youn;Kim, Sin
Nuclear Engineering and Technology
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v.46
no.1
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pp.109-116
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2014
An electrical resistance tomography (ERT) technique combining the particle swarm optimization (PSO) algorithm with the Gauss-Newton method is applied to the visualization of two-phase flows. In the ERT, the electrical conductivity distribution, namely the conductivity values of pixels (numerical meshes) comprising the domain in the context of a numerical image reconstruction algorithm, is estimated with the known injected currents through the electrodes attached on the domain boundary and the measured potentials on those electrodes. In spite of many favorable characteristics of ERT such as no radiation, low cost, and high temporal resolution compared to other tomography techniques, one of the major drawbacks of ERT is low spatial resolution due to the inherent ill-posedness of conventional image reconstruction algorithms. In fact, the number of known data is much less than that of the unknowns (meshes). Recalling that binary mixtures like two-phase flows consist of only two substances with distinct electrical conductivities, this work adopts the PSO algorithm for mesh grouping to reduce the number of unknowns. In order to verify the enhanced performance of the proposed method, several numerical tests are performed. The comparison between the proposed algorithm and conventional Gauss-Newton method shows significant improvements in the quality of reconstructed images.
A code is developed using the hybrid Cartesian/immersed boundary method and it is applied to simulate flows around a three-dimensional deforming body. A new criterion is suggested to distribute the immersed boundary nodes based on edges crossing a body boundary. Velocities are reconstructed at the immersed boundary nodes using the interpolation along a local normal line to the boundary. Reconstruction of the pressure at the immersed boundary node is avoided using the hybrid staggered/non-staggered grid method. The developed code is validated through comparisons with other experimental and numerical results for the velocity profiles around a circular cylinder under the forced in-line oscillation and the pressure coefficient distribution on a sphere. The code is applied to simulate the flow fields around a plate whose tail is periodically flapping under a translation. The effects of the velocity and acceleration due to the deformation on the periodic shedding of pairs of tip vortices are investigated.
Boundary effect and the noise robustness are the two crucial aspects which affect the effectiveness of the damage localization based on the mode shape measurements. To overcome the boundary effect problem and enhance the noise robustness in damage detection, a simple damage localization method is proposed based on the Singular Value Decomposition (SVD) for the mode shape of composite plates. In the proposed method, the boundary effect problem is addressed by the decomposition and reconstruction of mode shape, and the noise robustness in enhanced by the noise filtering during the decomposition and reconstruction process. Numerical validations are performed on plate-like structures for various damage and boundary scenarios. Validations show that the proposed method is accurate and effective in the damage detection for the two-dimensional structures.
To reconstruct the real 3-D shape from the 3-D measurement data from the multiple directions, the rconstruction of the object on the basis of the mosaic processing of the 3-D measurement data are proposed. In this method, to conduct the reconstruction, the connection points have to be identified among the over-lap area between adjacent 3-D data. In this study, the simple image matching method is adopted for the identification of connection points, and this method is verified from numerical experiments.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.19
no.1
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pp.47-56
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2015
In this paper, we present an implicit method for reconstructing a 3D solid model from two 2D cross section images. The proposed method is based on the Cahn-Hilliard model for the image inpainting. Image inpainting is the process of reconstructing lost parts of images based on information from neighboring areas. We treat the empty region between the two cross sections as inpainting region and use two cross sections as neighboring information. We initialize the empty region by the linear interpolation. We perform numerical experiments demonstrating that our proposed method can generate a smooth 3D solid model from two cross section data.
Electrical resistance tomography (ERT) has high temporal resolution characteristics therefore it is used as an alternative technique to visualize two-phase flows. The image reconstruction in ERT is highly non-linear and ill-posed hence it suffers from poor spatial resolution. In this paper, the inverse problem is solved with homogeneous data used as a prior information to reduce the condition number of the inverse algorithm and improve the spatial resolution. Numerical experiments have been carried out to illustrate the performance of the proposed method.
In electrical impedance tomography (EIT) an array of electrodes is attached on the boundary of an object and small alternating currents are injected through these electrodes, and then the resulting voltages are measured. An estimation for the cross-sectional resistivity distribution in the object is obtained by using these current and voltage data in a nondestructive manner. In this paper, the electrical impedance imaging of two-phase flows undergoing rapid transient is considered with a special emphasis on the effect of the current pattern on the image reconstruction. The trigonometric current pattern, which is commonly used in the conventional static electrical impedance imaging, shows poor performance in case of the dynamic imaging considered in this work. Extensive numerical experiments are conducted with various kinds of current patterns and their effects on the image reconstruction performance are examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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