Jae Chang Kim;Jae Young Jeong;Kihong Pak;Yong Hyun Kim;Junesic Park;Ju Hahn Lee;Yong Kyun Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.10
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pp.3692-3699
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2023
The Rare isotope Accelerator complex for ON-line experiments in Korea houses several accelerator complexes. Among them, the µSR facility will be initially equipped with a 600 MeV and 100 kW proton beam to generate surface muons, and will be upgraded to 400 kW with the same energy. Accelerated proton beams lose approximately 20% of the power at the target, and the remaining power is concentrated in the beam direction. Therefore, to ensure safe operation of the facility, concentrated protons must be distributed and absorbed at the beam dump. Additionally, effective dose levels must be lower than the legal standard, and the beam dumps used at 100 kW should be reused at 400 kW to minimize the generation of radioactive waste. In this study, we introduce a tailored method for designing beam dumps based on the characteristics of the µSR facility. To optimize the geometry, the absorbed power and effective dose were calculated using the MCNP6 code. The temperature and stress were determined using the ANSYS Mechanical code. Thus, the beam dump design consists of six structures when operated at 100 kW, and a 400 kW beam dump consisting of 24 structures was developed by reusing the 100 kW beam dump.
It is interesting to note that distinct element method has been used extensively to model the response of micro and discontinuous behavior in geomechanics. Impressive advances related to response of distinct particles have been conducted and there were difficulties in considering fluid effect simultaneously. Current distinct element methods are progressively developed to solve particle-fluid coupling focused on fluid flow through soil, rock or porous medium. In this research, numerical simulations of fluid injection into particulate materials were conducted to observe cavity initiation and propagation using distinct element method. After generation of initial particles and wall elements, confining stress was applied by servo-control method. The fluid scheme solves the continuity and Navior-Stokes equations numerically, then derives pressure and velocity vectors for fixed grid by considering the existence of particles within the fluid cell. Fluid was injected as 7-step into the assembly in the x-direction from the inlet located at the center of the left boundary under confining stress condition, $0.1MP{\alpha}\;and\;0.5MP{\alpha}$, respectively. For each simulation, movement of particles, flow rate, fluid velocity, pressure history, wall stress including cavity initiation and propagation by interaction of flulid-paricles were analyzed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.12
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pp.829-838
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2022
This study conducts Hypervelocity Impact(HVI) simulations considering space objects with various shapes and different impact angles. A commercial nonlinear structural dynamics analysis code, LS-DYNA, is used for the present simulation study. The Smoothed Particle Hydrodynamic(SPH) method is applied to represent the impact phenomena with hypervelocity. Mie-Grüneisen Equation of State and Johnson-Cook material model are used to consider nonlinear structural behaviors of metallic materials. The space objects with various shapes are modeled as a sphere, cube, cylinder, and cone, respectively. The space structure is modeled as a thin plate(200 mm×200 mm×2 mm). HVI simulations are conducted when space objects with various shapes with 4.119 km/s collide with the space structures, and the impact phenomena such as a debris cloud are analyzed considering the space objects with various shapes having the same mass at the different impact angles of 0°, 30° and 45° between the space object and space structure. Although space objects have the same kinetic energy, different debris clouds are generated due to different shapes. In addition, it is investigated that the size of the debris cloud is decreased by impact angles.
This basic study is required to examine spray or jet behavior depending on fuel phase. In this study, analyses of diesel fuel(n-Tridecane, $C_{13}H_{28}$) spray and natural gas fuel(Methane, $CH_4$) jet under high temperature and pressure are performed by a general-purpose program, ANSYS CFX release 11.0, and the results of these are compared with experimental results of diesel fuel spray using the exciplex fluorescence method. The simulation results of diesel spray is analyzed by using the combination of Large-Eddy Simulation(LES) and Lagrangian Particle Tracking(LPT) and of a natural gas jet is analyzed by using Multi-Component Model(MCM). There are two study variables considered, that is, ambient pressure and injection pressure. In a macroscopic analysis, the higher ambient pressure is, the shorter spray or jet tip penetration is at each time after start of injection. And the higher injection pressure is, the longer spray or jet tip penetration is at each time after start of injection. When liquid fuel is injected, droplets of the fuel need some time to evaporate. However, when natural gas fuel is injected, the fuel does not need time to evaporate. Gas fuel consists of minute particles. Therefore, the gas fuel is mixed with the ambient gas more quickly at the initial time of injection than the liquid fuel is done. The experimental results also validate the usefulness of this analysis.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.11
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pp.76-83
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2006
Space radiation environment for COMS is simulated by NASA AP8/AE8, JPL91 and NRL CREME models, respectively for trapped particle, solar proton and cosmic-ray. The radiation effects on electronic devices in communication payload are also estimated by using simulation results. Dose-depth curve and LET spectrum are calculated for estimating total ionizing dose(TID) effect and single event effect(SEE) respectively. Spherical sector method is applied to dose estimation at each position in the units of communication payload to consider shielding effect of platform and housing. Total ionizing dose at each position varies by 8 times through shielding effect under the same external space radiation environment.
An explosion modeling technique was developed by using the spherical discrete element code, PFC3D, which can be used to model the dynamic stress wave propagation phenomenon. The modeling technique is simply based on an idea that the explosion pressure should be applied to a PFC3D particle assembly not in the form of an external force (body force), but in the form of a contact force (surface force). According to this concept, the explosion pressure is applied to the wall particles by the scheme of radius expansion/contraction of inner-hole particles. The output wall force is compared to the input hole pressure in every time step, and a correction routine is activated to control the radius multiplier of the inner-hole particles. A comparative blast simulation far a cement mortar block of $80\times90\times80mm$ was conducted by using the conventional explosion modeling method and the new one. The results of the simulation are presented in a qualitative fashion.
In this research, the algorithm for simulating specific grain size distribution(GSD) with large diameter granular material was developed using the distinct element analysis program $PFC^{3D}$(Particle Flow Code). This modeling approach can generate the initial distinct elements without clump logic or cluster logic and prevent distinct element from escaping through the confining walls during the process. Finally the proposed distinct element model is used to simulate large triaxial compression test of the rockfill material and we compared the simulation output with lab test results. Simulation results of Assembly showed very well agreement with the GSD of the test sample and numerical modeling of granular material would be possible for various stress conditions using this application through the calibration.
Under partial shading conditions (PSCs), multiple maximums may be exhibited on the P-U curve of string inverter photovoltaic (PV) systems. Under such conditions, heuristic methods are invalid for extracting a global maximum power point (GMPP); intelligent algorithms are time-consuming; and model-based methods are complex and costly. To overcome these shortcomings, a novel hybrid MPPT (MPF-IP&O) based on a model-based peak forecasting (MPF) method and an improved perturbation and observation (IP&O) method is proposed. The MPF considers the influence of temperature and does not require solar radiation measurements. In addition, it can forecast all of the peak values of the PV string without complex computation under PSCs, and it can determine the candidate GMPP after a comparison. Hence, the MPF narrows the searching range tremendously and accelerates the convergence to the GMPP. Additionally, the IP&O with a successive approximation strategy searches for the real GMPP in the neighborhood of the candidate one, which can significantly enhance the tracking efficiency. Finally, simulation and experiment results show that the proposed method has a higher tracking speed and accuracy than the perturbation and observation (P&O) and particle swarm optimization (PSO) methods under PSCs.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.20
no.2
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pp.144-151
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2015
The present study proposes a method for modeling a SONAR transducer with dual resonance. The Butterworth van-Dyke (BVD) model, a conventional SONAR transducer modeling method, can model only one resonance point. Hence, to address its disadvantage and to model the dual resonance, a dual resonance BVD model consisting of two serial BVD models is proposed. The two BVD models are connected in a series, and each simulate resonance at low frequency and high frequency, which allows the modeling of two resonance points. Eight elements compose the equivalent circuit by connecting the BVD models in a series, which is twice as great as that of the existing BVD model. The element value of the dual resonance BVD model is extracted by using the particle swarm optimization method. Analysis was also performed to identify the effects of changes in the value of elements that compose the equivalent circuit on the impedance characteristics of the equivalent circuit through simulation in which element values varied.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.4
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pp.274-282
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2014
Time series of the dynamic response of a slender marine structure was predicted using quadratic Volterra series. The wave-structure interaction system was identified using the NARX(Nonlinear Autoregressive with Exogenous Input) technique, and the network parameters were determined through the supervised training with the prepared datasets. The dataset used for the network training was obtained by carrying out the nonlinear finite element analysis on the freely standing riser under random ocean waves of white noise. The nonlinearities involved in the analysis were both large deformation of the structure under consideration and the quadratic term of relative velocity between the water particle and structure in Morison formula. The linear and quadratic frequency response functions of the given system were extracted using the multi-tone harmonic probing method and the time series of response of the structure was predicted using the quadratic Volterra series. In order to check the applicability of the method, the response of structure under the realistic ocean wave environment with given significant wave height and modal period was predicted and compared with the nonlinear time domain simulation results. It turned out that the predicted time series of the response of structure with quadratic Volterra series successfully captures the slowly varying response with reasonably good accuracy. It is expected that the method can be used in predicting the response of the slender offshore structure exposed to the Morison type load without relying on the computationally expensive time domain analysis, especially for the screening purpose.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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