Wind plays an important role in cases of unexpected radioactive pollutant dispersion, deciding distribution and concentration of the leaked substance. The accurate prediction of wind has been challenging in numerical weather prediction models, especially near the surface because of the complex interaction between turbulent flow and topographic effect. In this study, we investigated the characteristics of atmospheric dispersion of radioactive material (i.e. 137Cs) according to the simulated boundary layer around the HANARO research nuclear reactor in Korea using the Weather Research and Forecasting (WRF)-Mesoscale Model Interface (MMIF)-California Puff (CALPUFF) model system. We examined the impacts of orographic drag on wind field, stability calculation methods, and planetary boundary layer parameterizations on the dispersion of radioactive material under a radioactive leaking scenario. We found that inclusion of the orographic drag effect in the WRF model improved the wind prediction most significantly over the complex terrain area, leading the model system to estimate the radioactive concentration near the reactor more conservatively. We also emphasized the importance of the stability calculation method and employing the skillful boundary layer parameterization to ensure more accurate low atmospheric conditions, in order to simulate more feasible spatial distribution of the radioactive dispersion in leaking scenarios.
Alazwari, Mashhour A.;Abdelrahman, Alaa A.;Wagih, Ahmed;Eltaher, Mohamed A.;Abd-El-Mottaleb, Hanaa E.
Steel and Composite Structures
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v.38
no.5
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pp.583-597
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2021
This article develops a nonclassical model to analyze bending response of squared perforated microbeams considering the coupled effect of microstructure and surface stress under different loading and boundary conditions, those are not be studied before. The corresponding material and geometrical characteristics of regularly squared perforated beams relative to fully filled beam are obtained analytically. The modified couple stress and the modified Gurtin-Murdoch surface elasticity models are adopted to incorporate the microstructure as well as the surface energy effects. The differential equations of equilibrium including the Poisson's effect are derived based on minimum potential energy. Exact closed form solution is obtained for bending behavior of the proposed model considering the classical and nonclassical boundary conditions for both uniformly distributed and concentrated loads. The proposed model is verified with results available in the literature. Influences of the microstructure length scale parameter, surface energy, beam thickness, boundary and loading conditions on the bending behavior of perforated microbeams are investigated. It is observed that microstructure and surface parameters are vital in investigation of the bending behavior of perforated microbeams. The obtained results are supportive for the design, analysis and manufacturing of perforated nanobeams that commonly used in nanoactuators, nanoswitches, MEMS and NEMS systems.
In order to examine the characteristics of tsunami run-up heights on impermeable/permeable slope, a numerical wave tank by upgrading LES-WASS-3D was used in this study. Then, the model were compared with existing hydraulic model test for its verification. The numerical results well reproduced experimental results of solitary wave deformation, propagation and run-up height under various conditions. Also, the numerical simulation with a slope boundary condition has been carried out to understand solitary wave run-up on impermeable/permeable slope. It is shown that the run-up heights on permeable slope is 52.64-63.2% smaller than those on the impermeable slope because of wave energy dissipation inside the porous media. In addition, it is revealed that the numerical results with slope boundary condition agreed well with experimental results in comparison with the results by using stair type boundary condition.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.8
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pp.2637-2649
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1996
Flow characteristics and aerodynamic forces acting on an elliptic cylinder placed in a plane boundary layer were investigated experimentally. Four cylinder models with axis ratio(major axis to minor axis, AR=A/B) of 1, 2, 3, and 4 having the same equivalent diameter were used in this experiment. The Reynolds number based on the equivalent diameter $D_e$(=20mm) was 13,000. In the case of circular cylinder, regular vortex shedding occurs for the cylinder gaps larger than G/B=0.3 and is not almost related to the boundary layer thickness. But, for the elliptic cylinders, the vortex shedding frequency is increased with increasing the gap ratio (G/B) and the axis ratio (AR) of elliptic cylinders. The maximum drag coefficient acting on a circular cylinder is mainly affected by the boundary layer thickness. But, the elliptic cylinders(AR$\geq$2), except for the smaller gap G/B<0.2, show a nearly constant drag coefficient which is much smaller than that of a circular cylinder. The base pressure on the flat plate decreases with increasing the axis ratio(AR) of the elliptic cylinder. In the case of a circular cylinder, the base pressure has the minimum value at the gap ratio G/B=0.4, but it occurs at G/D=2 for elliptic cylinders. The mean velocity of the cylinder wake is quickly recovered at a small cylinder height ratio(H/$\delta$), but the turbulent intensity is rapidly recovered at a large cylinder height ratio(H/$\delta$). The effective wake region in the plane boundary layer is shrinkaged with increasing the axis ratio(AR) of elliptic cylinder. And the drag coefficient and streamwise turbulent intensity of the elliptic cylinder with AR=4 are less than half of those for the circular cylinder(AR=1).
In Korea, property and human damages occur annually due to heavy precipitation during the summer. On August 8, 2015, heavy rainfall occurred in the Seoul metropolitan area due to an outflow boundary, and $77mmhr^{-1}$ rainfall was recorded in Gwangju, Gyeonggi Province. In this study, the simulation of the WRF numerical model is performed to understand the cause and characteristics of heavy rainfall using the Conditional Instability of the Second Kind (CISK), potential vorticity (PV), frontogenesis function, and convective available potential energy (CAPE) analyses, etc. Convective cells initiated over the Shandong Peninsula and located on the downwind side of an upper level trough. Large amounts of water vapor were supplied to the Shandong Peninsula along the southwestern edge of a high pressure system, and from the remnants of typhoon Soudelor. The mesoscale convective system (MCS) developed through CISK process and moved over to the Yellow Sea. The outflow boundary from the MCS progressed east and pushed cold pool eastward. The warm and humid air over the Korean Peninsula further enhanced convective development. As a result, a new MCS developed rapidly over land. Because of the latent heat release due to convection and precipitation, strong potential vorticity was generated in the lower atmosphere. The rapid development of MCS and the heavy rainfall occurred in an area where the CAPE value was greater than $1300Jkg^{-1}$ and the fronto-genesis function value of 1.5 or greater coincided. The analysis result shows that the MCS driven by an outflow boundary can be identified using CISK process.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.6
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pp.786-798
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2001
This paper describes the phenomena of wake-induced transition of the boundary layers on a NACA0012 airfoil using measured phase-averaged data. Especially, the phase-averaged wall shear stresses are reasonably evaluated using the principle of Computational Preston Tube Method. Due to the passing wake, the turbulent patch is generated in the laminar boundary layer on the airfoil and the boundary layer becomes temporarily transitional. The patches propagate downstream with less speed than free-stream velocity and merge with each other at further down stream station, and the boundary layer becomes more transitional. The generation of turbulent patch at the leading edge of the airfoil mainly depends on velocity defects and turbulent intensity profiles of passing wakes. However, the growth and merging of turbulent patches depend on local streamwise pressure gradients as well as characteristics of turbulent patches. In this transition process, the present experimental data show very similar features to the previous numerical and experimental studies. It is confirmed that the two phase-averaged mean velocity dips appear in the outer region of transitional boundary layer for each passing cycle. Relatively high values of the phase-averaged turbulent fluctuations in the outer region indicate the possibility that breakdown occurs in the outer layer not near the wall.
Micromechanics is a technique for the analysis of composites or heterogeneous materials which focuses on the components of the intended structure. Each one of the components can exhibit isotropic behavior, but the microstructure characteristics of the heterogeneous material result in the anisotropic behavior of the structure. In this research, the general mechanical properties of a 3D anisotropic and heterogeneous Representative Volume Element (RVE), have been determined by applying periodic boundary conditions (PBCs), using the Asymptotic Homogenization Theory (AHT) and strain energy. In order to use the homogenization theory and apply the periodic boundary conditions, the ABAQUS scripting interface (ASI) has been used along with the Python programming language. The results have been compared with those of the Homogeneous Boundary Conditions method, which leads to an overestimation of the effective mechanical properties. According to the results, applying homogenous boundary conditions results in a 33% and 13% increase in the shear moduli G23 and G12, respectively. In polymeric composites, the fibers have linear and brittle behavior, while the resin exhibits a non-linear behavior. Therefore, the nonlinear effects of resin on the mechanical properties of the composite material is studied using a user-defined subroutine in Fortran (USDFLD). The non-linear shear stress-strain behavior of unidirectional composite laminates has been obtained. Results indicate that at arbitrary constant stress as 80 MPa in-plane shear modulus, G12, experienced a 47%, 41% and 31% reduction at the fiber volume fraction of 30%, 50% and 70%, compared to the linear assumption. The results of this study are in good agreement with the analytical and experimental results available in the literature.
$21^{st}$ century post digital society orients co-existence, fusion, and blurring boundary than conflict, differentiation, and boundary, and makes a try liberal combination of various different objects. Furthermore, radical development of science and digital equipments offer technical possibility that could combine various fields. Hence, many different departments demolish their boundary, and combine for development of multi-functional and complex shape's products. For job-nomads, fashion attempts to combine with architecture, furniture, daily necessities, and digital equipments spontaneously. This paper aims at consideration about the blurring phenomena expressed in complex fashion space of $21^{st}$ century throughout empirical fashion photographs analysis, which show combination among fashion and various different fields. Blurring boundary phenomena of complex fashion space are classified with 4 parts as follows as: 1) furniturizing, 2) wearable dwelling, 3) lumiduct, 4) becoming fashion. Each parts are examined 8 aesthetical characteristics such as movement and lightness, hyper-link and openness, immateriality and inter-activeness, and diversity and ambiguity. $21^{st}$ century fashion has changed more simple and light, and creates new form throughout combination with many other fields, and enlarges its function and sphere. I think this paper would help certificating practical use of fashion space as multiple and complex space, and makes contribution to forecast about fashion development of the future and offer inspiration about creative and innovative fashion design.
Usability evaluation of physical products involves characterizing complex physical interactions between humans and products. Human models known as manikins have been widely utilized as usability evaluation tools for automobile interior package design. When combined with computer-aided design software programs, such manikins can be used to simulate driving postures and evaluate driver-interior fits early in the design process, and therefore, may greatly facilitate achieving high-quality design in a cost-efficient manner. The purpose of this study was to define a set of manikins for designing automobile interior packages for the South Korean male population. These manikins were conceptualized as "boundary" manikins, which represent individuals lacking in certain physical capacities or having usability-related issues (e.g., an individual with the 5th percentile forward reach capability, an individual with the 95th percentile shoulder width). Such boundary manikins can serve as an efficient tool for determining if an automobile interior design accommodates the majority of the population. The boundary manikins were selected from the large sample of Korean males whose anthropometric dimensions were described in the recent Size Korea anthropometric database. For each male in the database, his comfortable driving posture was represented using a kinematic body linkage model and various physical capacity measured and usability-related characteristics relevant to driver accommodation were evaluated. For each such measure, a boundary manikin was selected among the Korean males. The manikins defined in this study are expected to serve as tools for ergonomic design of automobile interior packages. The manikin selection method developed in this study was implemented as a generic software program useful for various product design applications.
The objective of this study is to investigate the three-dimensional turbulence flow characteristics of a rotor passage of an one-stage axial flow gas turbine and to investigate the effects of a boundary layer fence installed on the hub endwall of the rotor passage. Secondary flows occurring within the rotor passage (e.g. horseshoe vortex, passage vortex, and cross flow) cause secondary loss and reduce turbine efficiency. To control these secondary flows, a boundary layer fence measuring half the height of the thickness of the inlet boundary layer was installed on the hub endwall of the rotor passage. This study was performed numerically. The results show that the wake and secondary flows generated by the stator reduced the rotor load to constrain the development of cross flow and secondary flow reinforced by the rotor passage. In addition, the secondary vortices occurring within the rotor passage were reduced by the rotation of the rotor. Although, the boundary layer fence induced additional vortices, giving rise to an additional loss of turbine, its presence was shown to reduce the total pressure loss when compared to effects of the case without fence regardless of the relative position of blades by enervating secondary vortices occurred within the rotor passage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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