A Lagrangian approach based computational fluid dynamics (CFD) was used to simulate large and/or sharp deformations and fragmentations of interfaces, including free surfaces, through tracing each particle with physical quantities. According to the concept of the particle-based CFD method, it is possible to apply it to both fluid particles and solid particles such as sand, gravel, and rock. However, the presence of more than two different phases in the same domain can make it complicated to calculate the interaction between different phases. In order to solve multiphase problems, particle interaction models for multiphase problems, including surface tension, buoyancy-correction, and interface boundary condition models, were newly adopted into the moving particle semi-implicit (MPS) method. The newly developed MPS method was used to simulate a typical validation problem involving dam breaking. Because the soil and other particles, excluding the water, may have different viscosities, various viscosity coefficients were applied in the simulations for validation. The newly developed and validated MPS method was used to simulate the mobile beds induced by broken dam flows. The effects of the viscosity on soil particles were also investigated.
Previous designs of conventional aerodynamic lenses have a limitation of narrow range of focusable particle size, e.g. 30 to 300nm or 3 to 30nm. To enlarge the focusable size range to 30-3000nm, it is necessary to avoid a significant loss of particles larger than 300nm inside the lenses. From numerical simulations on size-resolved particle trajectories, we confirmed that the traveling losses of such large particles could be avoided only when the radial position of particles approaching the orifice lens was near the lens axis. Hence, we designed the lens system consisting of a converging-diverging nozzle and 7 orifices to fulfill the requirement. In particular, the orifices were aligned in a way that their diameters were descending and ascending to the downstream. As a result, 30-2800nm particles can be focused to the particle beam of 0.2mm or less in radius with above 85% transmission efficiency. Even $10{\mu}m$ particles can be focused with 74% of transmission efficiency.
PURPOSES : Conductive and convective heat transfer simulations for an asphalt mixture were made by using discrete element method (DEM) and similarity principle. METHODS : In this research, virtual specimens composed of discrete element method particles were generated according to four different predetermined particle size distribution curves. Temperature variations of the four different particles for a given condition were estimated and were compared with measurements and analytical solutions. RESULTS : The virtual specimen with mixed particles and with the smallest particle show very good agreement with laboratory test results and analytical solutions. As particle size decreases, better heat transfer simulation can be performed due to smaller void ratio and more contact points and areas. In addition, by utilizing the similarity principle of thermal properties and corresponding time unit, analytical time can be drastically reduced. CONCLUSIONS : It is concluded that the DEM asphalt mixture specimens with similarity principle could be used to predict the temperature variation for a given condition. It is observed that the void ratio has critical effect on prediction of temperature variation. Comparing the prediction for a 4 mm particle specimen with a mixed particle specimen, it is also concluded that predicting the mixed particle specimen temperature is much more efficient considering the number of particles that are directly associated with computational time in DEM analysis.
A hybrid particle-mesh method as the combination between the Vortex-In-Cell (VIC) method and penalization method has been achieved in recent years. The VIC method, which is based on the vorticity-velocity formulation, offers particle-mesh algorithms to numerically simulate flows past a solid body. The penalization method is used to enforce boundary conditions at a body surface with a decoupling between body boundaries and computational grids. The main advantage of the hybrid particle-mesh method is an efficient implementation for solid boundaries of arbitrary complexity on Cartesian grids. However, a numerical simulation of flows in large domains is still not too easy. In this study, a multi-domain approach is thus proposed to further reduce computation cost and easily implement it. We validate the implementation by numerical simulations of an incompressible viscous flow around an impulsively started circular cylinder.
Park, Seok-Joo;Lim, Jeong-Hwan;Kim, Sang-Do;Choi, Ho-Kyung;Park, Hyun-Seol;Park, Young-Ok;McMurry, Peter-H.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.5
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pp.741-749
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2001
An inhomogeneous hyperbolic electric field is established among two-dimensional quadrupole electrodes to which an ac voltage is applied. Conditions under which charged particles are focused into a narrow axis region of the plug laminar flow are discussed. The aerodynamic forces influence the behavior of the charged particles in the quadrupole electric field. We derived the dimensionless equations of motion of a charged particle in the alternating quadrupole electric field, and discussed particle trajectories and focusing performance in terms of two dimensionless parameters, which are functions of particle size, operating pressure, and the amplitude and frequency of applied AC voltage, with the results of numerical simulations and experiments.
The aerodynamic effects of leading-edge accretion can raise important safety concerns since the formulation of ice causes severe degradation in aerodynamic performance as compared with the clean airfoil. The objective of this study is to develop a numerical simulation strategy for predicting the particle trajectory around an MS-0317 airfoil in the test section of the NASA Glenn Icing Research Tunnel and to investigate the impingement characteristics of droplets on the airfoil surface. In particular, predictions of the mean velocity and turbulence diffusion using turbulent flow solver and Continuous Random Walk method were desired throughout this flow domain in order to investigate droplet dispersion. The collection efficiency distributions over the airfoil surface in simulations with different numbers of droplets, various integration time-steps and particle sizes were compared with experimental data. The large droplet impingement data indicated the trends in impingement characteristics with respect to particle size ; the maximum collection efficiency located at the upper surface near the leading edge, and the maximum value and total collection efficiency were increased as the particle size was increased. The extent of the area impinged on by particles also increased with the increment of the particle size, which is similar as compared with experimental data.
A Lagrangian particle tracking model coupled with the Princeton Ocean Model were used to estimate the average residence time of coastal water in Masan Bay, Korea. Our interest in quantifying the transport time scales in Masan Bay was stimulated by the search for a mechanistic understanding of this spatial variability, which is consistent with the concept of spatially variable transport time scales. Tidal simulation was calibrated through a comparison with the results of semi-diurnal current and water elevation measured at the tidal stations of Masan, Gadeokdo. In the model simulations, particles were released in eight cases, including slack before ebb, peak ebb, slack before flood, and peak flood, during both spring and neap tides. The averaged values obtained from the particle release simulations were used for the average residence times of the coastal water in Masan Bay. The average residence times for the southeastern parts of Somodo and the Samho River, Masan Bay were estimated to be about 20~50days and 70~80days, respectively. The spatial difference for the average residence time was controlled by the tidal currents and distance from the mouth of the bay. Our results might provide useful for understanding the transport and behavior of coastal water in a bay and might be used to estimate the dissimilative capacity for environmental assessment.
This paper describes the method to solve the optimization problems for stochastic simulation which is represented by military simulations. For this reason, the test fitness function reflecting the characteristics of military simulations, complex and stochastic results, is defined and PSO is used to solve the test fitness function. To control the known weak point of PSO for stochastic simulations, this paper proposes a technique which reevaluates the value of global optimum. By using the technique, the result shows notable improvements. From the simulation results, interactions among the calculation conditions which affect the accuracy and speed of optimization are analyzed. And the strategy for the optimization of stochastic simulations is proposed.
We present a short review for authors' previous work on direct numerical simulations for inertialess hard particle suspensions formulated either with a Newtonian fluid or with viscoelastic polymeric fluids to understand the microstructural evolution and the bulk material behavior. We employ two well-defined bi-periodic domain concepts such that a single cell problem with a small number of particles may represent a large number of repeated structures: one is the sliding bi-periodic frame for simple shear flow and the other is the extensional bi-periodic frame for planar elongational flow. For implicit treatment of hydrodynamic interaction between particle and fluid, we use the finite-element/fictitious-domain method similar to the distributed Lagrangian multiplier (DLM) method together with the rigid ring description. The bi-periodic boundary conditions can be effectively incorportated as constraint equations and implemented by Lagrangian multipliers. The bulk stress can be evaluated by simple boundary integrals of stresslets on the particle boundary in such formulations. Some 2-D example results are presented to show effects of the solid fraction and the particle configuration on the shear and elongational viscosity along with the micro-structural evolution for both particles and fluid. Effects of the fluid elasticity has been also presented.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.774-777
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2004
A rheology casting technology has some advantages compared with conventional forming processes such as die casting, squeeze casting and hot/cold forming. The liquid segregation is important on mechanical properties of materials using rheology casting. In this study, so, molecular dynamics simulations were performed for the control of liquid segregation. Because the dynamics of fluid flow about nano-scaled materials is completely different from continuum, molecular dynamics simulations were used. The behavior of particles was far from the truth according to boundary conditions in simple flow. But various movement of particles appear at two or more molecular simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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