An efficient large eddy simulation algorithm is used to compute surface pressure distributions on an eleven story (target) building on the NIST campus. Local meteorology, neighboring buildings, topography and large vegetation (trees) all play an important part in determining the flows and therefore the pressures experienced by the target. The wind profile imposed at the upstream surface of the computational domain follows a power law with an exponent representing a suburban terrain. This profile accounts for the flow retardation due to friction from the surface of the earth, but does not include fluctuations that would naturally occur in this flow. The effect of neighboring buildings on the time dependent surface pressures experienced by the target is examined. Comparison of the pressure fluctuations on the single target building alone with those on the target building in situ show that, owing to vortices shed by the upstream buildings, fluctuations are larger when such buildings are present. Even when buildings are lateral to or behind the target, the pressure disturbances generate significantly different flows around this building. A simple grid-free mathematical model of a tree is presented in which the trunk and the branches are each represented by a collection of spherical particles strung together like beads on a string. The drag from the tree, determined as the sum of the drags of the component particles, produces an oscillatory, spreading wake of slower fluid, suggesting that the behavior of trees as wind breakers can be modeled usefully.
The build-up of the heat field in shallow coastal water due to a point source has been investigated using an analytical solution of a time-integral form derived by extending the solutions by Holley(1969) and also presented in Harleman (1971). The uniform water depth is assumed with non-isotropic turbulent dispersion. The alongshore-flow is assumed to be uni-directional, spatially uniform and oscillatory. Due to the presence of the oscillatory alongshore-flow, the heat build-up occurs in an oscillatory manner, and the excess temperature thereby fluctuates in that course and even in the quasi-steady state. A series of calculations reveal that proper choices of the decay coefficient as well as dispersion coefficients are critical to the reliable prediction of the excess temperature field. The dispersion coefficients determine the absolute values of the excess temperature and characterize the shoreline profile, particularly within the tidal excursion distance, while the decay coefficient determines the absolute value of the excess temperature and the convergence rate to that of the quasi-steady state. Within the e-folding time scale $1/k_d$ (where $k_d$ is the heat decay coefficient), heat build-up occurs more than 90% of the quasi-steady state values in a region within a tidal excursion distance (L), while occurs increasingly less the farther we go to the downstream direction (about 80% at 1.25L, and 70% at 1.5L). Calculations with onshore and offshore discharges indicate that thermal spreading in the direction of the shoreline is reduced as the shoreline constraint which controls the lateral mixing is reduced. The importance of collecting long-term records of in situ meteorological conditions and clarifying the definition of the heat loss coefficient is addressed. Interactive use of analytical and numerical modeling is recommended as a desirable way to obtain a reliable estimate of the far-field excess temperature along with extensive field measurements.
Directly searching for undiscovered hydrothermal vent sites is inefficient due to the practical difficulty of comprehensively imaging vent fields. Thus, most searches for hydrothermal vent sites rely on the detection of hydrothermal plumes from water column observation. Detecting and measuring the hydrothermal plumes are the most efficient way to infer the presence and distribution of hydrothermal vents. Both the array of vertical casting and lateral towing are the most common methods to discover hydrothermal plumes. In this study, we compared results of cast and tow-yo operations along the same section of a spreading center with a distance of 20.5 km in the North Fiji Basin for mapping hydrothermal plumes. Operation of CTD tow-yo provides a detailed pattern of plumes which enable us to locate the hydrothermal vents. On the other hand, identification of hydrothermal activity can be determined effectively by CTD cast with additional analysis of geochemical tracers. Reduction in the operating time is another advantage of CTD cast operation, especially for regional-scale survey. Our results show that the combination of CTD cast and tow-yo would improve the efficiency of the hydrothermal plume survey to locate new hydrothermal vent sites.
Recently, virtual environment systems are used in various application fields such as industry, medicine, and training and education. However, the negative effect, cybersickness including nausea, visual fatigue, and disorientation, could be happened while using VR systems. It prevents VR system from spreading much more. To control the cybersickness, first of all, the objective measurement method should be established. As one of alternative methods, the postural instability could be a measure of cybersickness. In this study, 45 participants' postural sway before and after experiencing a H driving simulator was measured by using a force platform. Especially, we examined if two factors, motion and feedback, could affect on the postural instability The results showed the postural instability slightly increased after experiencing the VR driving simulator. For the factors, the providing of motion synchronized to visual display showed statistical significant decrease in postural sway along lateral side. To check the effectiveness of postural instability as a cybersickness measure, further studies are needed.
For a comparative evaluation of three turbulence models in the analyses of thermal discharge behavior into a crossflow, a 2-dimemsional near-field numerical model is developed. The selected models are k-$\varepsilon$ and k-ι turbulence models as a 2-equation turbulence model and a 4-equation turbulence model in which the transport equations for mean of the temperature fluctuation squared and its dissipation rate for the consideration of buoyancy production and turbulent heat flux terms are added to a k-$\varepsilon$ turbulence model. The developed models are applied to a steady flow in an open channel with simple geometry and the numerical results agree with the existing experimental data. Numerical results of buoyancy induced gravitational lateral spreading by 4-equation turbulence model agree with the experimental data better than those of 2-quation turbulence models. The flow patterns by 4 and 2-equation turbulence models are similar.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1B
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pp.73-81
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2009
This paper presents a numerical investigation of the impact of the secondary currents on solute transport in open-channel flows. The RANS model with Reynolds stress model is used for flow modeling, and the GGDH(generalized gradient diffusion hypothesis) model is used to close the scalar transport equation. Using the developed model, the impact of secondary currents on solute transport in open channel flows over smooth-rough strip is investigated. Through numerical experiments, the secondary currents are found to affect the solute spreading, leading a movement of the position of the peak concentration and a skewed distribution of solute concentration. Due to the lateral flow of secondary currents near the free surface, the concentration at the rough strip is found to be larger than that at the smooth strip bed. The solute at the rough strip is more rapidly transported than smooth bed. A magnitude analysis of the solute transport rate in scalar transport equation is also carried out to investigate the effect of secondary currents and scalar flux on the concentration distribution.
The purpose of this study was to evaluate the effects of insole-equipped ankle-foot-orthoses (AFO) on gait. 10 healthy males who had no history of injury in the lower extremity participated in this study as the subjects. The foot of each subject was first scanned, and the insole fit to the plantar was made using BDI-PCO(Pedcad Gmbh, Germany). The subject then was made to walk on a treadmill under four experimental conditions: 1) normal walking, 2) walking wearing AFO, 3) walking wearing AFO equipped with the insole, 4) walking wearing pneumatic-ankle-foot-orthosis (pAFO) equipped with the insole. During walking, foot pressure data such as maximum force, contacting area, peak pressure, and mean pressure was collected using Pedar-X system (Novel Gmbh, Germany) and EMG activity of lower limb muscles such as gastrocnemius medial head, gastrocnemius lateral head, and soleus was recorded using MP150 EMG module (BIOPAC System Inc., USA). Collected data was then analyzed using paired t-test in order to investigate the effects of the insole. As a result of the analysis, when insole was equipped, overall contacting area was increased while both the highest peak pressure and the mean pressure were significantly decreased, and EMG activity of the lower limb muscles was decreased. On the contrary, the cases of wearing AFO showed the decreased contacting area and the increased pressures. Therefore, the AFO equipped with a proper insole fit well to the foot can help comfortable walking by spreading the pressure over the entire plantar.
Antanas Sederevicius;Vaidas Oberauskas;Rasa Zelvyte;Judita Zymantiene;Kristina Musayeva;Juozas Zemaitis;Vytautas Jurenas;Algimantas Bubulis;Joris Vezys
Journal of Animal Science and Technology
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v.65
no.1
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pp.244-257
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2023
The study aimed to investigate the effect of low-frequency oscillations on the cow udder, milk parameters, and animal welfare during the automated milking process. The study's objective was to investigate the impact of low-frequency oscillations on the udder and teats' blood circulation by creating a mathematical model of mammary glands, using milkers and vibrators to analyze the theoretical dynamics of oscillations. The mechanical vibration device developed and tested in the study was mounted on a DeLaval automatic milking machine, which excited the udder with low-frequency oscillations, allowing the analysis of input parameters (temperature, oscillation amplitude) and using feedback data, changing the device parameters such as vibration frequency and duration. The experimental study was performed using an artificial cow's udder model with and without milk and a DeLaval milking machine, exciting the model with low-frequency harmonic oscillations (frequency range 15-60 Hz, vibration amplitude 2-5 mm). The investigation in vitro applying low-frequency of the vibration system's first-order frequencies in lateral (X) direction showed the low-frequency values of 23.5-26.5 Hz (effective frequency of the simulation analysis was 25.0 Hz). The tested values of the first-order frequency of the vibration system in the vertical (Y) direction were 37.5-41.5 Hz (effective frequency of the simulation analysis was 41.0 Hz), with higher amplitude and lower vibration damping. During in vivo experiments, while milking, the vibrator was inducing mechanical milking-similar vibrations in the udder. The vibrations were spreading to the entire udder and caused physiotherapeutic effects such as activated physiological processes and increased udder base temperature by 0.57℃ (p < 0.001), thus increasing blood flow in the udder. Used low-frequency vibrations did not significantly affect milk yield, milk composition, milk quality indicators, and animal welfare. The investigation results showed that applying low-frequency vibration on a cow udder during automatic milking is a non-invasive, efficient method to stimulate blood circulation in the udder and improve teat and udder health without changing milk quality and production. Further studies will be carried out in the following research phase on clinical and subclinical mastitis cows.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1C
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pp.43-52
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2006
Despite several constitutive models have been proposed and applied, it is still difficult to choose a suitable model and to estimate adequate analysis parameters. Furthermore, a cyclic shear behavior under the volume change caused by the seepage is more complex. None of the constitutive model is available at present in the expression of the cyclic behavior of soil under an additional volume change condition by seepage. Therefore, a new geotechnical hybrid simulation system which can control the pore water immigration was developed. The system enables a quantitative evaluation of the residual deformation such as lateral spreading and settlement caused by the liquefaction. The seismic responses in a one-dimensional slightly inclined multilayered soil system are taken into consideration, and the soils are governed by both equation of motion and the continuity equation. Furthermore, the estimation and the selection of the soil parameter for the representation of the strong nonlinearity of the material are not required, because soil behaviors under the earthquake motions are directly introduced instead of a numerical soil constitutive model. This paper presents the concept and specifications of the system. By applying the system to an example problem, the permeability effect on the seismic response during cyclic shear is studied. The importance of the volume change characteristics of sandy soil during and after cyclic shear is shown in conclusion.
In the accompanying paper, we proposed a real. time volumetric imaging method using a cross array based on receive dynamic focusing and synthetic aperture focusing along lateral and elevational directions, respetively. But synthetic aperture methods using spherical waves are subject to beam spreading with increasing depth due to the wave diffraction phenomenon. Moreover, since the proposed method uses only one element for each transmission, it has a limited transmit power. To overcome these limitations, we propose a new real. time volumetric imaging method using cross arrays based on synthetic aperture technique with linear wave fronts. In the proposed method, linear wave fronts having different angles on the horizontal plane is transmitted successively from all transmit array elements. On receive, by employing the conventional dynamic focusing and synthetic aperture methods along lateral and elevational directions, respectively, ultrasound waves can be focused effectively at all imaging points. Mathematical analysis and computer simulation results show that the proposed method can provide uniform elevational resolution over a large depth of field. Especially, since the new method can construct a volume image with a limited number of transmit receive events using a full transmit aperture, it is suitable for real-time 3D imaging with high transmit power and volume rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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