This study summarizes advantages and disadvantages of numerical methods and compares ELLAM and LEZOOMPC to develop an efficient numerical modeling technique on contaminant transport. Eulerian-Lagrangian method and Eulerian method are commonly used numerical techniques. However Eulerian-Lagrangian method does not conserve mass globally and fails to treat boundary in a straightforward manner. Also, Eulerian method has restrictions on the size of Courant number and mesh Peclet number because of time truncation error. ELLAM (Eulerian Lagrangian Localized Adjoint Method) which has been popularly used for past 10 years in numerical modeling, is known for overcoming these numerical problems of Eulerian-Lagrangian method and Eulerian method. However, this study investigates advantages and disadvantages of ELLAM and suggests a change for the better. To figure out the disadvantages of ELLAM, the results of ELLAM, LEZOOMPC (Lagrangian-Eulerian ZOOMing Peak and valley Capturing), and visual MODFLOW are compared for four examples having different mesh Peclet numbers. The result of ELLAM generates numerical oscillation at infinite of mesh Peclet number, but that of LEZOOMPC yields accurate simulations. The simulation results suggest that the numerical error of ELLAM could be alleviated by adopting some schemes in LEZOOMPC. In other words, the numerical model which combines ELLAM with backward particle tracking, forward particle tracking, adaptively local zooming, and peak/valley capturing of LEZOOMPC can be developed for not only overcoming the numerical error of ELLAM, but also keeping the numerical advantage of ELLAM.
Generally, the design capacity of the rainwater harvesting unit is determined by trial and error method that is repeatedly calculating various analysis scenarios with capacity, reliability, and rainwater utilization ratio, etc. This method not only takes a lot of time to analyze but also involves a lot of calculations, so analysis errors may occur. In order to solve the problem, this study suggested a way to directly determine the minimum capacity to meet arbitrary target reliabilities using the global optimization method. The method was implemented by simulation model with particle swarm optimization (PSO) algorithms using Python language. The pyswarm that is provided as an open-source of python was used as optimization method, that can explore global optimum, and consider constraints. In this study, the developed program was applied to the design data for the rainwater harvesting constructed in Cheongna district 1 in Incheon to verify the efficiency, stability, and accuracy of the analysis. The method of determining the capacity of the rainwater harvesting presented in this study is considered to be of practical value because it can improve the current level of analytical technology.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.6
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pp.796-802
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2018
The effects of inner liquid sloshing on vessel motions are a well-known factor. It was investigated experimentally and numerically. In this regard, the study of many efforts to reduce natural phenomena of vessel motions by adopting special devices especially for roll motions. Among many devices, inserting baffles in the inner liquid tank is very common. In this study, one investigated the vessel motions with inner sloshing tanks with baffles inside. For the numerical simulation, one employed a dynamically coupled program between boundary-element-method-based vessel motion analysis program and a particle-based computational fluid dynamics program. Comparing corresponding experimental results validated the dynamically coupled program. The validated coupled program was used to simulate vessel motions, including sloshing effects with various lengths of inner baffles. The simulation results show that not only the filling ratio of inner liquid, but also the length of clearance due to baffles influenced the vessel motions. The significant point of this study was that the natural frequency of vessel motions can be maintained irrespective of the amount of filling ratio through adjustment of the clearance. In a future study, the effects of various numbers of baffles with various clearances would be conducted to percuss the possibility of vessel motion control with inner liquid sloshing effects.
In this study, scaled model tests were performed on blasting demolition of reinforced concrete structures and the experimental results were analyzed in comparison with the results of numerical analysis. The tests were designed to induce a progressive collapse, and physical properties of the scaled model were determined using scale factors obtained ken dimension analysis. The scaled model structure was made of a mixture of plaster, sand and water at the ratio determined to yield the best scaled-down strength. Lead wire was used as a substitute for reinforcing bars. The scaled length was at the ratio of 1/10. Selecting the material and scaled factors was aimed at obtaining appropriately scaled-down strength. PFC2D (Particle Flow Code 2-Dimension) employing DEM (Distinct Element Method) was used for the numerical analysis. Blasting demolition of scaled 3-D plain concrete laymen structure was filmed and compared to results of numerical simulation. Despite the limits of 2-D simulation the resulting demolition behaviors were similar to each other. Based on the above experimental results in combination with bending test results of RC beam, numerical analysis was carried out to determine the blasting sequence and delay times. Scaled model test of RC structure resulted in remarkably similar collapse with the numerical results up to 900㎳ (mili-second).
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.11
no.1
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pp.13-23
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2008
In coastal region, eutrophication, Do deficit and red tide are frequently occurred by influx of fresh water. When the fresh water containing pollutants is discharged into the sea, the surrounding water is contaminated by dispersion of freshwater flowing into coastal waters. The prediction and analysis about the dispersion process of the discharged fresh water should be conducted. A modeling system using GUI was developed to simulate hydrodynamic flow and fresh water dispersion in coastal waters and to analyze the results efficiently. The modeling module of the system includes a tide model using a finite element method and a fresh water dispersion model using a particle-tracking method. This system was applied to predict the tidal currents and fresh water dispersion in Mokpo coastal zone. To verify accuracy of the hydrodynamic model, the simulation results were compared with observed sea level and time variations of tidal currents showing a good agreement. The fresh water dispersion was verified with observed salinity distribution. The dispersion model also was verified with analytic solutions with advection-diffusion problems in 1-dimensional and 2-dimensional simple domain. The system is operated on GUI environment, to ease the model handling such as inputting data and displaying results. Therefore, anyone can use the system conveniently and observe easily and accurately the simulation results by using graphic functions included in the system. This system can be used widely to decrease the environmental disaster induced by inflow of fresh water into coastal waters.
This paper describes a numerical method for predicting the incompressible unsteady laminar three-dimensional flows with free-surface. The Navier-Stokes equations governing the flows have been discretized by means of finite-difference approximations, and the resulting equations have been solved via the SIMPLE-C algorithm. The free-surface is defined by the motion of a set of marker particles and the interface behaviour was investigated by means of a "Lagrangian" technique. Using the GALA concept of Spalding, the conventional mass continuity equation is modified to form a volumetric or bulk-continuity equation. The use of this bulk-continuity relation allows the hydrodynamic variables to be computed over the entire flow domain including both liquid and gas regions. Thus, the free-surface boundary conditions are imposed implicitly and the problem formulation is greatly simplified. The numerical procedure is validated by comparing the predicted results of a periodic standing waves problems with analytic solutions. The results show that this numerical method produces accurate and physically realistic predictions of three-dimensional free-surface flows.
Chung, Il-Yop;Liu, Wenxin;Cartes, David A.;Cho, Soo-Hwan;Kang, Hyun-Koo
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.6
no.6
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pp.750-759
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2011
This paper focuses on the control of bidirectional power flow in the electric shipboard power systems, especially in the Medium-Voltage Direct Current (MVDC) shipboard power system. Bidirectional power control between the main MVDC bus and the local zones can improve the energy efficiency and control flexibility of electric ship systems. However, since the MVDC system contains various nonlinear loads such as pulsed power load and radar in various subsystems, the voltage of the MVDC and the local zones varies significantly. This voltage variation affects the control performance of the bidirectional DC-DC converters as exogenous disturbances. To improve the control performance regardless of uncertainties and disturbances, this paper proposes a novel controller design method of the bidirectional DC-DC converters using $L_1$ control theory and intelligent optimization algorithm. The performance of the proposed method is verified via large-scale real-time digital simulation of a notional shipboard MVDC power system.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.9
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pp.891-897
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2008
GPS can provide precise relative navigation information. But it needs a reference station in a close range and is effected by satellite observation environment. In this paper, we propose INS and Vision sensor integrated system with a known landmark geometry. This system is supposed to overcome problems of GPS only system. Using the proposed method, a relative navigation is available without a GPS reference station. The only need for the proposed system is a landmark image which is drawn on the ground. We conduct simple simulation to check the performance of this method. As a result, we confirm that it can improve the relative navigation information.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.67
no.3
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pp.143-148
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2018
In this paper, the optimal fuzzy logic controller(FLC) for a hybrid renewable energy system(HRES) is proposed. Generally, hybrid renewable energy systems can consist of wind power, solar power, fuel cells and storage devices. The proposed FLC can effectively control the entire HRES by determining the output power of the fuel cell or the absorption power of the electrolyzer. In general, fuzzy logic controllers can be optimized by classical optimization algorithms such as genetic algorithms(GA) or particle swarm optimization(PSO). However, these FLC have a disadvantage in that their performance varies greatly depending on the control parameters of the optimization algorithms. Therefore, we propose a method to optimize the fuzzy logic controller using the teaching-learning based optimization(TLBO) algorithm which does not have the control parameters of the algorithm. The TLBO algorithm is an optimization algorithm that mimics the knowledge transfer mechanism in a class. To verify the performance of the proposed algorithm, we modeled the hybrid system using Matlab Tool and compare and analyze the performance with other classical optimization algorithms. The simulation results show that the proposed method shows better performance than the other methods.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.10
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pp.1237-1243
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2014
The aim of the present paper is to analyze the friction and mass flow in a rough microchannel using Lattice Boltzmann Method (LBM). The LBM is a kinetic method based on the particle distribution function, so it can be fruitfully used to study the flow dependence on Knudsen number including slip velocity, pressure drop in rough microchannel. The surface roughness elements are taken to be considered as a series of circular shaped riblets throughout the channel with relative roughness height up to a maximum 10% of the channel height. The friction coefficients in terms of Poiseuille number (Pn), mass flow rate and the flow behaviors have been discussed in order to study the effect of surface roughness in the slip flow regime at Knudsen number (Kn), ranging from 0.01 to 0.10. It is seen that the friction factor and the flow behaviors in a rough microchannel strongly depend on the rarefaction effect and the relative roughness height. The friction factor in a rough microchannel is higher than that in smooth channel but the mass flow rate is lower than that of smooth channel. Moreover, it is seen that the friction factor increased with relative roughness height but decreased with increasing the Kundsen number (Kn) whereas the mass flow rate is decreased with increasing both of surface roughness height and Knudsen number.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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