Shear thickening is an intriguing phenomenon in the fields of chemical engineering and rheology because it originates from complex situations with experimental and numerical measurements. This paper presents results from the numerical modeling of the particle-fluid dynamics of a two-dimensional mixture of colloidal particles immersed in a fluid. Our results reveal the characteristic particle behavior with an application of a shear force to the upper part of the fluid domain. By combining the lattice Boltzmann and discrete element methods with the calculation of the lubrication forces when particles approach or recede from each other, this study aims to reveal the behavior of the suspension, specifically shear thickening. The results show that the calculated suspension viscosity is in good agreement with the experimental results. Results describing the particle deviation, diffusivity, concentration, and contact numbers are also demonstrated.
We analysed perovskite $CH_3NH_3PbI_{3-x}Cl_x$ inverted planer structure solar cell with nickel oxide (NiO) and spiroMeOTAD as hole conductors. This structure is free from electron transport layer. The thickness is optimized for NiO and spiro-MeOTAD hole conducting materials and the devices do not exhibit any significant variation for both hole transport materials. The back metal contact work function is varied for NiO hole conductor and observed that Ni and Co metals may be suitable back contacts for efficient carrier dynamics. The solar photovoltaic response showed a linear decrease in efficiency with increasing temperature. The electron affinity and band gap of transparent conducting oxide and NiO layers are varied to understand their impact on conduction and valence band offsets. A range of suitable band gap and electron affinity values are found essential for efficient device performance.
Facial masks have become indispensable in daily life to prevent infection and spread through respiratory droplets in the era of the corona pandemic. To understand how effective two different types of masks (i.e., KF-94 mask and dental mask) are in blocking respiratory droplets, i) we preferentially analyze wettability characteristics (e.g., contact angle and contact angle hysteresis) of filters consisting of each mask, and ii) subsequently observe the dynamic behaviors of microdroplets impacting at high velocities on the filter surfaces. Different wetting properties (i.e., hydrophobicity and hydrophilicity) are found to exhibit depending on the constituent materials and pore sizes of each filter. In addition, the pneumatic conditions for stably and uniformly dispensing microdroplets with a certain volume and impacting behaviors associated with the impacting velocity and filter type change are systematically explored. Three distinctive dynamics (i.e., no penetration, capture, and penetration) after droplet impacting are observed depending on the type of filter constituting the masks and droplet impact velocity. The present experimental results not only provide very useful information in designing of face masks for prevention of transmission of infectious respiratory diseases, but also are helpful for academic researches on droplet impacts on various porous surfaces.
In this paper, a parallel analysis algorithm for Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), one of the numerical methods for fluidic materials, is introduced. SPH, which is a meshless method, can represent the behavior of a continuum using a particle-based approach, but it demands substantial computational resources. Therefore, parallel analysis algorithms are essential for SPH simulations. The domain decomposition algorithm, which divides the computational domain into partitions to be independently analyzed, is the most representative method among parallel analysis algorithms. In Discrete Element Method (DEM) and Molecular Dynamics (MD), the Cartesian coordinate-based domain decomposition method is popularly used because it offers advantages in quickly and conveniently accessing particle positions. However, in SPH, it is important to share particle information among partitioned domains because SPH particles are defined based on information from nearby particles within the smoothing length. Additionally, maintaining CPU load balance is crucial. In this study, a highly parallel efficient algorithm is proposed to dynamically minimize the size of orthogonal domain partitions to prevent excess CPU utilization. The efficiency of the proposed method was validated through numerical analysis models. The parallel efficiency of the proposed method is evaluated for up to 30 CPUs for fluidic models, achieving 90% parallel efficiency for up to 28 physical cores.
Jo, Jun Yeon;Ahn, Kil Young;Kim, Sung Tae;Yang, Hong Ik;Kim, Kyu Jung
Transactions of the KSME C: Technology and Education
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v.3
no.2
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pp.141-148
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2015
In this study, the VCB(Vacuum Circuit Breaker) has been developed using the Recurdyn that is widely used on multibody dynamics analysis. The VCB consists of three main circuits with the VI(Vacuum Interrupter) and the main frame with the operating mechanism. This analytic model is validated by comparing the simulation results and the experimental results. Generally, in order to reliably cut off the breaking current, the opening speed of the VCB after contact separation has to be a 0.9~1.1m/s. Therefore, the study of the design parameters of the VCB is needed. To improve the opening velocity, Taguchi design method is applied to optimize the design parameters of a VCB with a lot of linkages. In addition, to evaluate the improvement of the operating characteristics, the simulation results are compared with the Recurdyn and experimental results with improved prototype sample.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.139.2-139.2
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2016
Electrons and phonons in chalcogenide-based materials play are important factors in the performance of an optical data storage media and thermoelectric devices. However, the fundamental kinetics of carriers in chalcogenide materials remains controversial, and active debate continues over the mechanism responsible for carrier relaxation. In this study, we investigated ultrafast carrier dynamics in an multilayered $\{Sb(3{\AA})/Te(9{\AA})\}n$ thin film during the transition from the amorphous to the crystalline phase using optical pump terahertz probe spectroscopy (OPTP), which permits the relationship between structural phase transition and optical property transitions to be examined. Using THz-TDS, we demonstrated that optical conductance and carrier concentration change as a function of annealing temperature with a contact-free optical technique. Moreover, we observed that the topological surface state (TSS) affects the degree of enhancement of carrier lifetime, which is closely related to the degree of spin-orbit coupling (SOC). The combination of an optical technique and a proposed carrier relaxation mechanism provides a powerful tool for monitoring TSS and SOC. Consequently, the response of the amorphous phase is dominated by an electron-phonon coupling effect, while that of the crystalline structure is controlled by a Dirac surface state and SOC effects. These results are important for understanding the fundamental physics of phase change materials and for optimizing and designing materials with better performance in optoelectronic devices.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.3
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pp.329-335
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2014
A maglev vehicle of middle-low speed subjected to both a lift force and a guidance force by a U-shaped single electromagnet is operated over a curved guideway without a guidance controller. Therefore, it is required to carefully decide the curve shape for preventing contact between the vehicle and the guiderail for the case that a Maglev vehicle is operated over a curved guideway with a small radius. Specifically, the shape of the transition curve is very important from the stability viewpoint. This study analyzes the influence of curve shape on maglev stability through parametric composition of the transition curve during vehicle guidance. To this end, a multibody dynamics-based threedimensional Maglev vehicle model was developed. The model was integrated with the vehicle, curved guideway, electromagnets, and their controllers. Using this model, a realistic parametric study including the curved guideway was carried out. The results of research should be considered usefully in the design of bogies and the curve shape.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.39
no.5
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pp.229-236
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2017
Flow characteristics analysis and tracer test simulations for the rectangular typed sedimentation basins, which have been operated at D_water treatment plant in Korea, were carried out using CFD (Computational Fluid Dynamics) techniques for design ($15,864m^3/day$) and operation flowrate ($33,333m^3/day$). Also, each efficiency of the sedimentation basin was evaluated by application of the Lagrangin technique on the assumption of the particles flowing into the inlet of the sedimentation basin. From the results of simulation, the mean velocity values for making the flow in the settling basin as a plug flow region were derived as 0.00193 m/s and 0.00417 m/s, respectively. In addition, ${\beta}$ (effective contact factor) values were calculated to be 0.51 and 0.46, and the Morrill Index values were 6.05 and 3.21, respectively for both flowrate conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.10
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pp.659-666
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2016
A numerical study, using the molecular dynamics simulation method, was carried out to investigate the wetting characteristics of water droplets on a solid square pillar surface with variable periodic edge length patterns at the nanoscale. In this study, the pillar plane was supposed to be rectangular or square shaped. In addition, the surface area was increased while the shape of the pillar plane was kept fixed. In the case of the square pillar, the edge length increased from $4.24{\AA}$ to $12.72{\AA}$. Also, the rectangular pillar had two types of length edges. In this case, one edge length was fixed at $8.48{\AA}$ and the other edge length was increased from $4.24{\AA}$ to $12.72{\AA}$. Through these length changes, the hydrophobicity and hydrophilicity of a water droplet on the variable pillar surfaces were analyzed.
Park, Hyeon-cheol;Noh, Myounggyu;Kang, Heung-Sik;Han, Hyung-Suk;Kim, Chang-Hyun;Park, Young-Woo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.34
no.1
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pp.41-46
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2017
Magnetically levitated (Maglev) vehicles maintain a constant air gap between guideway and car bogie, and thereby achieves non-contact riding. Since the straightness and the flatness of the guideway directly affect the stability of levitation as well as the ride comfort, it is necessary to monitor the status of the guideway and to alert the train operators to any abnormal conditions. In order to develop a signal processing algorithm that extracts guideway irregularities from sensor data, virtual testing using a simulation model would be convenient for analyzing the exact effects of any input as long as the model describes the actual system accurately. Simulation model can also be used as an estimation model. In this paper, we develop a state-space dynamic model of a maglev vehicle system, running on the guideway that contains jumps. This model contains not only the dynamics of the vehicle, but also the descriptions of the power amplifier, the anti-aliasing filter and the sampling delay. A test rig is built for the validation of the model. The test rig consists of a small-scale maglev vehicle, tracks with artificial jumps, and various sensors measuring displacements, accelerations, and coil currents. The experimental data matches well with those from the simulation model, indicating the validity of the model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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