A high resolution numerical method aimed at solving gas-liquid two-phase flow is proposed and applied to gas-liquid two-phase shock tube problem. The present method employs a finite-difference 4th-order Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL TVD scheme. By applying the homogeneous equilibrium cavitation model, the present density-based numerical method permits simple treatment of the whole gas-liquid two-phase flow field, including wave propagation and large density changes. The speed of sound for gas-liquid two-phase media is derived on the basis of thermodynamic relations and compared with that by eigenvalues. By this method, a Riemann problem for Euler equations of one dimensional shock tube was computed. Numerical results such as detailed observations of shock and expansion wave propagations through the gas-liquid two-phase media and some data related to computational efficiency are made. Comparisons of predicted results and exact solutions are provided and discussed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.5
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pp.400-407
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2011
The stress distribution and stress amplitude of a membrane are major factors to decide the mechanical fatigue life of PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell). In this paper, mechanical stresses under operating hygro-thermal condition of the membrane are numerically modelled. Contact analysis between gas diffusion layer (GDL) and the membrane is performed under various temperature-humidity conditions. The structural model has nonlinear material properties depending on temperature and relative humidity. Several geometric conditions are applied to the model. The numerical analysis results indicate that deformations of the membrane are strongly related with assembly conditions of the fuel cell. The fatigue life is predicted for practical operating condition through experimental data.
Real-time hybrid testing is an attractive method to evaluate the response of structures under earthquake loads. The method is a variation of the pseudodynamic testing technique in which the experiment is executed in real time, thus allowing investigation of structural systems with time-dependent components. Real-time hybrid testing is challenging because it requires performance of all calculations, application of displacements, and acquisition of measured forces, within a very small increment of time. Furthermore, unless appropriate compensation for time delays and actuator time lag is implemented, stability problems are likely to occur during the experiment. This paper presents an approach for real-time hybrid testing in which time delay/lag compensation is implemented using model-based response prediction. The efficacy of the proposed strategy is verified by conducting substructure real-time hybrid testing of a steel frame under earthquake loads. For the initial set of experiments, a specimen with linear-elastic behavior is used. Experimental results agree well with the analytical solution and show that the proposed approach and testing system are capable of achieving a time-scale expansion factor of one (i.e., real time). Additionally, the proposed method allows accurate testing of structures with larger frequencies than when using conventional time delay compensation methods, thus extending the capabilities of the real-time hybrid testing technique. The method is then used to test a structure with a rate-dependent energy dissipation device, a magnetorheological damper. Results show good agreement with the predicted responses, demonstrating the effectiveness of the method to test rate-dependent components.
The research was carried out for prediction of the potential habitats of warm-temperate evergreen broad-leaved trees under the current climate(1961~1990) and three climate change scenario(2081~2100) (CCCMA-A2, CSIRO-A2 and HADCM3-A2) using classification tree(CT) model. Presence/absence records of warm-temperate evergreen broad-leaved trees were extracted from actual distribution data as response variables, and four climatic variables (warmth index, WI; minimum temperature of the coldest month, TMC; summer precipitation, PRS; and winter precipitation, PRW) were used as predictor variables. Potential habitats(PH) was predicted 28,230$km^2$ under the current climate and 77,140~89,285$km^2$ under the three climate change scenarios. The PH masked by land use(PHLU) was predicted 8,274$km^2$ and the proportion of PHLU within PH was 29.3% under the current climate. The PH masked by land use(PHLU) was predicted 35,177~45,170$km^2$ and increased 26.9~36.9% under the three climate change scenarios. The expansion of warm-temperate evergreen broad-leaved trees by climate change progressed habitat fragmentation by restriction of land use. The habitats increase of warm-temperate evergreen broad-leaved trees had been expected competitive with warm-temperate deciduous broadleaf forest and suggested the expand and northward shift of warm-temperate evergreen broad-leaved forest zone.
A vapor explosion has been a concern in nuclear reactor safety due to its potential for a destructive mechanical energy release. In order to properly assess the hazard of a vapor explosion, it is necessary to accurately estimate the conversion efficiency of the thermal energy to mechanical energy. In the absence of a complete model to determine the explosive energy yield, one may have to rely on a simpler upper bound estimate such as a thermodynamic model. This paper discusses various thermodynamic models and presents a clarification of each model in their mathematical formulation and the thermodynamic work conversion. It is shown that the work release in the shock adiabatic model of Board and Hall is essentially equal to that of Hicks-Menzies thermodynamic model. The effect of coolant void fraction on the explosion efficiency is also predicted based on these thermodynamic models. Finally, the Hicks-Menzies model is modified to account for the chemical reaction between a metallic fuel and water and the resultant effects on the explosion expansion work are discussed.
The stress-strain relationship of soil is dependent on a number of factors such as soil type, density, stress level and stress path. Th accurate stress-stain relationship can be predict using a constitutive model incorporated all influencing factors. In this study, an isotropic compression-expansion test and a series of drained conventional triaxial tests with several stress paths were performed on Baekma river sand to investigate parameters characteristics of Lade's single work hardening model depending on the stress path.. Based on test results, the parameters of yield function (h, ${\alpha}$) are not much influenced by stress level and stress path, the these parameters do affect a little bit of stress-strain behavior. The parameters h and ${\alpha}$ are closely related to failure criterion ${\eta}_1$, they can be replaced by failure criterion parament. We also observed that predicted values from the Lade's single hardening constitutive model are well matched with the observed data.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.5
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pp.297-304
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2019
In this research, crack propagation in a silicon anode during two-phase lithiation was evaluated using a cohesive zone model. The phase transition from crystalline silicon to lithiated silicon causes compressive yielding due to the high volume expansion rate. Li-ion diffuses from the surface of the silicon to its core, and the complex deformation mechanisms during lithiation cause tensile hoop stress along the surface. The Park-Paulino-Roesler (PPR) potential-based cohesive zone model that guarantees consistent energy dissipation in mixed-mode fracture was adopted to simulate edge crack propagation. It was confirmed that the edge crack propagation characteristics during lithiation from the FEM simulation results coincided with the real experimental results. Crack turning observed from real experiments could also be predicted by evaluating the angles of maximum tensile stress directions.
Kim, Dong-Hyun;Hong, Jong-Dae;Kim, Hyochan;Kim, Jaeyong;Kim, Hak-Sung
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.5
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pp.1549-1559
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2022
As an accident tolerant fuel (ATF) concept, oxide dispersion strengthened Zircaloy-4 (ODS Zry-4) cladding has been developed to enhance the mechanical properties of cladding using laser processing technology. In this study, a simulation technique was established to investigate the mechanical properties and effects of Y2O3 particles for the ODS Zry-4. A 3D representative volume element (RVE) model was developed considering the parameters of the size, shape, distribution and volume fraction (VF) of the Y2O3 particles. From the 3D RVE model, the Young's modulus, coefficient of thermal expansion (CTE) and creep strain rate of the ODS Zry-4 were effectively calculated. It was observed that the VF of Y2O3 particles had a significant effect on the aforementioned mechanical properties. In addition, the predicted properties of ODS Zry-4 were applied to a simulation model to investigate cladding deformation under a transient condition. The ODS Zry-4 cladding showed better performance, such as a delay in large deformation compared to Zry-4 cladding, which was also found experimentally. Accordingly, it is expected that the simulation approach developed here can be efficiently employed to predict more properties and to provide useful information with which to improve ODS Zry-4.
Hur, Hyun;Lee, Jin Wook;Jung, Eui Guk;Kim, Byung Soon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.11
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pp.705-715
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2016
In this study, the cycle performance of an air conditioner with multi-indoor units is analyzed and simulated. The cycle performance could be predicted through the integration of mathematical formulation for these devices. The condenser pressure is obtained by an iteration process to match the mass flow rates of the compressor and the expansion valve and the evaporator pressure is determined by an iteration process, in which the suction super heat is tracing the targeted super heat. The required software was developed by system programming. the software algorithm is extended to predict the cycle performance of an air conditioner system with multi-indoor units, and then the numerical results are compared with experimental results. This mathematical model is validated from the result of experiments conducted on 8.3kW air conditioner. The errors in capacity, electronic power, and COP are found to be within 10% in general.
This paper carried out a study to reduce damage from jellyfish whose population has increased due to global warming. The emergence of jellyfish on the beach could result in casualties from jellyfish stings and economic losses from closures. This paper confirmed from the preceding studies that the pattern of jellyfish's appearance is predictable through machine learning. This paper is an extension of The prediction model of emergence of Busan coastal jellyfish using SVM. In this paper, we used deep neural network to expand from the existing methods of predicting the existence of jellyfish to the classification by index. Due to the limitations of the small amount of data collected, the 84.57% prediction accuracy limit was sought to be resolved through data expansion using bootstraping. The expanded data showed about 7% higher performance than the original data, and about 6% better performance compared to the transfer learning. Finally, we used the test data to confirm the prediction performance of jellyfish appearance. As a result, although it has been confirmed that jellyfish emergence binary classification can be predicted with high accuracy, predictions through indexation have not produced meaningful results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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