Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.432-432
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2023
한국건설기술연구원(Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, KICT)의 안동하천연구센터(Andong River Experiment Center, REC)는 다양한 하천 관련 실규모 실험을 수행하기 위해 3개의 수로를 보유하고 있다. 본 연구의 주목적인 실증 실험 계측 결과를 기반으로 3D 게임엔진을 이용하여 물 흐름을 재현하기 위해 A1 수로를 대상구간으로 설정하였다. 실증 실험의 경우 2개의 수문 개도율 조건에서 ADV와 ADCP를 활용하여 계측된 유량 및 유속 결과들을 비교하였으며, 추가적으로 영상 데이터로 부터 표면유속(LS-PIV)을 산정하였다. 3D 게임 엔진은 렌더링 엔진, 물리 엔진, 오디오 엔진, UI 시스템, 게임플레이 프레임워크 등이 잘 융합된 소스코드들과 개발자들이 이용하기 쉬운 방식으로 변환된 툴(tool)로 제공하여 현실 세계를 가상 세계에 시각화하여 구현하는데 큰 장점을 가지고 있다. 또한 기존의 흐름 재현이 가능한 수리/수문 모델링의 경우 특정한 목적으로만 이용가능하고 연산에 소용되는 시간 때문에 실시간 흐름재현이 어렵지만, 3D 게임엔진을 이용하는 경우 다양한 목적과 여러 분야와의 고려가 동시에 가능하며 연산의 단순화를 통해 실시간 흐름 재현이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 언리얼 엔진의 Niagara Fluids와 Fluid flux 툴들을 활용하여 하천실증실험 시설 일부 구간에 대해 물 흐름을 재현하였다. 먼저 하천실험실증시설을 드론과 RTK-GPS를 이용하여 촬영된 결과를 정합하여 3D 게임엔진 기반 흐름 재현을 위한 지형 기초 자료를 구축하였다. 지형 계측 결과를 기반으로 A1 수로 전체 구간을 대상구간으로 설정한 이후 수문 조절을 통해 흐름 조건을 제어할 수 있도록 제작하였으며, 실제 흐름에 대한 계측 결과를 기반으로 재현된 흐름을 대상으로 material 값의 조정(방향 X, Y값을 RGB값으로 변환한 뒤 벡터 길이 값으로 환산)을 통해 0~100 사이 값을 이용하여 유속을 표현하였다. 최근 가상공간 (i.e. 디지털트윈) 관련 시장 성장이 매우 빠르고 다양한 사업에서 해당 기술의 수요가 증가하고 있으며, 본 연구를 통해 물 흐름의 디지털 트윈화를 위한 수단으로서 3D 게임 엔진의 활용 가능성을 확인하였다. 다만 실제 하천의 적용과 하천관리를 위한 실용화를 위해서는 추가적인 연구와 분석이 이루어져야 할 것이다.
Flow interference is investigated between two tripped cylinders of identical diameter D at stagger angle ${\alpha}=0^{\circ}{\sim}180^{\circ}$ and gap spacing ratio $P^*$ (= P/D) = 0.1 ~ 5, where ${\alpha}$ is the angle between the freestream velocity and the line connecting the cylinder centers, and P is the gap width between the cylinders. Two tripwires, each of diameter 0.1D, were attached on each cylinder at azimuthal angle ${\beta}={\pm}30^{\circ}$, respectively. Time-mean drag coefficient ($C_D$) and fluctuating drag ($C_{Df}$) and lift ($C_{Lf}$) coefficients on the two tripped cylinders were measured and compared with those on plain cylinders. We also conducted surface pressure measurements to assimilate the fluid dynamics around the cylinders. $C_D$, $C_{Df}$ and $C_{Lf}$ all for the plain cylinders are strong function of ${\alpha}$ and $P^*$ due to strong mutual interference between the cylinders, connected to six interactions (Alam and Meyer 2011), namely boundary layer and cylinder, shear-layer/wake and cylinder, shear layer and shear layer, vortex and cylinder, vortex and shear layer, and vortex and vortex interactions. $C_D$, $C_{Df}$ and $C_{Lf}$ are very large for vortex and cylinder, vortex and shear layer, and vortex and vortex interactions, i.e., the interactions where vortex is involved. On the other hand, the interference as well as the strong interactions involving vortices is suppressed for the tripped cylinders, resulting in insignificant variations in $C_D$, $C_{Df}$ and $C_{Lf}$ with ${\alpha}$ and $P^*$. In most of the (${\alpha}$, $P^*$ ) region, the suppressions in $C_D$, $C_{Df}$ and $C_{Lf}$ are about 58%, 65% and 85%, respectively, with maximum suppressions 60%, 80% and 90%.
Chang, Jaehun;Lee, Gunhee;Jung, Minyoung;Baek, Heumkyung;Lee, Changha;Oh, Min
Korean Chemical Engineering Research
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v.57
no.5
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pp.628-636
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2019
In various industrial processes, piping serves as a link between unit processes and is an essential installation for internal flow. Therefore, the optimum design of the piping system is very important in terms of safety and cost, which requires the estimation of the pressure drop, flow rate, pipe size, etc. in the piping system. In this study, we developed a software that determines pressure drop, flow rate, and pipe size when any two of these design variables are known. We categorized the flows into single phase, homogeneous two phase, and separated two phase flows, and applied suitable calculation models accordingly. We also constructed a system library for the calculation of the pipe material, relative roughness, fluid property, and friction coefficients to minimize user input. We further created a costing library according to the piping material for the calculation of the investment cost of the pipe per unit length. We implemented all these functions in an integrated environment using a graphical user interface for user convenience, and C # programming language. Finally, we verified the accuracy of the software using literature data and examples from an industrial process with obtained deviations of 1% and 8.8% for the single phase and two-phase models.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.27
no.3
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pp.130-134
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2017
In this study, numerical simulation was performed to focus on optimized process condition for obtaining a long-term growth and high quality SiC crystal. It could be optimized by considering the change of fluid and a carbon flow in the Si melt added with 40 % Cr. The Crystal Growth Simulator ($CGSim^{TM}$, STR Group Ltd.) was used as a numerical simulation. It was confirmed that many parameters such as temperature, rotation speed of seed crystal and crucible, and seed position during the crystal growth step had a strong influence on the speed and direction of solution flow for uniform temperature gradient and stable crystal growth. The optimized process condition for the solution growth of SiC crystal was successfully exhibited by adjusting various process parameters in the numerical simulation, which would be helpful for real crystal growth.
Latif, Usman;Abdullah, Chaudary;Uddin, Emad;Younis, M. Yamin;Sajid, Muhamad;Shah, Samiur Rehman;Mubasha, Aamir
Wind and Structures
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v.26
no.5
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pp.279-292
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2018
Inspired by the energy harvesting eel, a flexible flag behind a D-shape cylinder in a uniform viscous flow was simulated by using the immersed boundary method (IBM) along with low-speed wind tunnel experimentation. The flag in the wake of the cylinder was strongly influenced by the vortices shed from the upstream cylinder under the vortex-vortex and vortex-body interactions. Geometric and flow parameters were optimized for the flexible flag subjected to passive flapping. The influence of length and bending coefficient of the flexible flag, the diameters (D) of the cylinder and the streamwise spacing between the cylinder and the flag, on the energy generation was examined. Constructive and destructive vortex interaction modes, unidirectional and bidirectional bending and the different flapping frequency were found which explained the variations in the energy of the downstream flag. Voltage output and flapping behavior of the flag were also observed experimentally to find a more direct relationship between the bending of the flag and its power generation.
The effect of internal and shroud nozzle distributor to bubbling fluidized beds which has the size of $0.3m-ID{\times}2.4m-high$ column was modeled by CPFD (Computational Particle-Fluid Dynamics). Metal-grade silicon particles (MG-Si) were used as bed materials which have $d_p=149{\mu}m$, ${\rho}_p=2,325kg/m^3$ and $U_{mf}=0.02m/s$. Total bed inventory and static bed height were 75 kg and 0.8 m, respectively. Effect of vertical internal on the bubble rising velocity was investigated. Bubbles were split by internal when the axial position of the internal from the distributor, z = 0.45 m. Bed pressure drop and axial solid holdup were not affected by internal. However, in the case that axial distance of internal from distributor was too close to jet penetration length, bubbles were not separated and bypassed internal, and faster than without internal or z = 0.45 m.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.6
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pp.160-166
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2018
The worldwide semi-conductor market has been growing for a long time. Manufacturing lines of semi-conductors need to handle several types of toxic gases. In particular, they need to be controlled accurately in real time. This type of toxic gas control system consists of many different kinds of parts, e.g., fittings, valves, tubes, filters, and regulators. These parts obviously need to be manufactured precisely and be corrosion resistant because they have to control high pressure gases for long periods without any leakage. For this, surface machining and hardening technologies of the metal block and metal gasket need to be studied. This type of study depends on various factors, such as geometric shapes, part materials, surface hardening method, and gas pressures. This paper presents strong concerns on a series of simulation processes regarding the differences between the inlet and outlet pressures considering several different fluid velocity, tube diameters, and V-angles. Indeed, this study will very helpful to determine the important design factors as well as precisely manufacture these parts. The EP (Electrolytic Polishing) process was used to obtain cleaner surfaces, and hardness tests were carried out after the EP process.
A series of studies on the development of autonomous surface ships have been promoted in domestic and foreign countries. One of the main technologies for the development of autonomous ships is path-following control, which is closely related to securing the safety of ships at sea. In this regard, the path-following performance of an autonomous ship should be first evaluated at the design stage. The main aim of this study was to develop a visual and quantitative evaluation method for the path-following control performance of an autonomous ship at the design stage. This evaluation technique was developed using a computational fluid dynamics (CFD)-based path-following control model together with a line-of-sight (LOS) guidance algorithm. CFD software was utilized to visualize waves around the ship, performing path-following control for visual evaluation. In addition, a quantitative evaluation was carried out using the difference between the desired and estimated yaw angles, as well as the distance difference between the planned and estimated trajectories. The results demonstrated that the ship experienced large deviations from the planned path near the waypoints while changing its course. It was also found that the fluid phenomena around the ship could be easily identified by visualizing the flow generated by the ship. It is expected that the evaluation method proposed in this study will contribute to the visual and quantitative evaluation of the path-following performance of autonomous ships at the design stage.
Kim, Jun-Woo;Jeong, Seong-Min;Kim, Hyung-Tae;Kim, Kyung-Ja;Lee, Jong-Heun;Choi, Kyoon
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.48
no.3
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pp.236-240
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2011
In order to deposit a homogeneous and uniform ${\beta}$-SiC films by chemical vapor deposition, we demonstrated the phase stability of ${\beta}$-SiC over graphite and silicon via computational thermodynamic calculation considering pressure, temperature and gas composition as variables. The ${\beta}$-SiC predominant region over other solid phases like carbon and silicon was changed gradually and consistently with temperature and pressure. Practically these maps provide necessary conditions for homogeneous ${\beta}$-SiC deposition of single phase. With the thermodynamic analyses, the CVD apparatus for uniform coating was modeled and simulated with computational fluid dynamics to obtain temperature and flow distribution in the CVD chamber. It gave an inspiration for the uniform temperature distribution and low local flow velocity over the deposition chamber. These calculation and model simulation could provide milestones for improving the thickness uniformity and phase homogeneity.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.11
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pp.740-746
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2017
Infrared signatures emitted from hot exhaust gases generated by the internal combustion engine and generator of naval ships and from the metal surfaces of the funnel have become the targets of infrared homing missiles, which is the main cause of a reduced survivability of naval ships. The infrared signatures from the exhaust gas and the metal surface of a funnel can be reduced by installing an infrared signature suppression (IRSS) system on a ship. The IRSS system consists of three parts: an eductor that generates turbulent flow of the exhaust gas, a mixing tube that mixes the exhaust gas with ambient air, and a diffuser that forms an air film using the pressure difference between the inside and outside air. As a basic study to develop an IRSS system using domestic technology, this study analyzed the model test conditions of an IRSS system developed by an overseas engineering company and installed on a domestic naval ship, and a numerical heat-flow analysis was conducted based on the results of the aforementioned analysis. Numerical heat-flow analysis was performed using a commercial numerical-analysis application, and various turbulence models were considered. As a result, the temperature and velocity of the exhaust gas at the educator inlet and diffuser outlet and that of the metal surface of the diffuser were measured, and found to agree well with the measurement results of the model test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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