Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.3
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pp.151-157
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2021
This paper is devoted to a convergence study of the nonlocal integral operator in peridynamics. The implicit formulation can be an efficient approach to obtain the static/quasi-static solution of crack propagation problems. Implicit methods require constly large-matrix operations. Therefore, convergence is important for improving computational efficiency. When the radial influence function is utilized in the nonlocal integral equation, the fractional Laplacian integral equation is obtained. It has been mathematically proved that the condition number of the system matrix is affected by the order of the radial influence function and nonlocal horizon size. We formulate the static crack problem with peridynamics and utilize Newton-Raphson methods with a preconditioned conjugate gradient scheme to solve this nonlinear stationary system. The convergence behavior and the computational time for solving the implicit algebraic system have been studied with respect to the order of the radial influence function and nonlocal horizon size.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.5
no.3
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pp.134-142
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2012
The competition to deliver ultra-low emitting vehicles at a reasonable cost is driving the automotive industry to invest significant manpower and test laboratory resources in the design optimization of increasingly complex exhaust after-treatment systems. Optimization can no longer be based on traditional approaches, which are intensive in hardware use and laboratory testing. The CFD is in high demand for the analysis and design in order to reduce developing cost and time consuming in experiments. This paper describes the development of a comprehensive practical model based on experiments for simulating the performance of automotive three-way catalytic converters, which are employed to reduce engine exhaust emissions. An experiment is conducted to measure species concentrations before and after catalytic converter for different loads on engine. The model simulates the emission system behavior by using an exhaust system heat conservation and catalyst chemical kinetic sub-model. CFD simulation is used to study the performance of automotive catalytic converter. The substrate is modeled as a porous media in FLUENT and the standard k-e model is used for turbulence. The flow pattern is changed from axial to radial by changing the substrate model inside the catalytic converter and the flow distribution and the conversion efficiency of CO, HC and NOx are achieved first, and the predictions are in good agreement with the experimental measurements. It is found that the conversion from axial to radial flow makes the catalytic converter more efficient. These studies help to understand better the performance of the catalytic converter in order to optimize the converter design.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.7
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pp.735-743
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2015
The major component with a significant impact on the thermodynamic efficiency of the organic Rankine cycle is the turbine. Many difficulties occur in the turbine design of an organic Rankine cycle because the expansion process in an organic Rankine cycle is generally accompanied by a dramatic change in the working fluid properties. A precise preliminary design for a radial inflow turbine is hard to obtain using the classic method for selecting the loading and flow coefficients from the existing performance chart. Therefore, this study proposed a method to calculate the loading and flow coefficient based on the number of rotor vanes and thermodynamic design requirements. Preliminary design results using the proposed models were in fairly good agreement with the credible results using the commercial preliminary design software. Furthermore, a numerical analysis of the preliminary design results was carried out to verify the accuracy of the proposed preliminary design models, and most of the dependent variables, with the exception of the efficiency, were analyzed to meet the preliminary design conditions.
For the electro-discharge machining of an electro-conductive anisotropic composite, an unsteady state formulation was established and solved by Galerkin's finite element method. The distribution of temperature on work piece, the shape of the crater and the material removal rate were obtained in terms of the process parameters. The $12{\times}12$ irregular mesh that was chosen as the optimum in the previous analysis was used for computational accuracy and efficiency. A material having the physical properties of alumina/titanium carbide composite was selected and an electricity with power of 51.4 V and current of 7 A was applied, assuming the removal efficiency of 10 % and the thermal anisotropic factors of 2 and 3. As the spark was initiated the workpiece immediately started to melt and the heat affected zone was formed. The moving boundary of the crater was also identified with time. When the radial and axial conductivities were increased separately, the temperature distribution and the shape of the crater were shifted in the radial and axial directions, respectively. The material removal rate was found to be higher when the conductivity was increased in the radial direction rather than in the axial direction.
In this paper, a high power amplifier using RF power solid-state semiconductor is implemented to overcome a problem of plasma generator which has the low efficiency, short life span, the difficult maintenance and the high-operation cost. This power amplifier consists of a radial combiner of low-loss and high power operation and the sixteen 300 W power amplifiers to obtain 3 kW output power for high power operation implemented in semiconductors at industrial scientific medical (ISM) band of 2.45 GHz. In addition, this amplifier overcomes the problem of heat generation due to high power by applying a water-cooled structure to the individual amplifiers. This power amplifier, which is made up of a small system, achieves 50% efficiency at the desired output.
Ryu, Tomohiro;Kanemaru, Takashi;Kataoka, Shiro;Arihama, Kiyoshi;Yoshitake, Akira;Arakawa, Daijiro;Ando, Jun
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.406-417
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2014
This paper presents a numerical optimization method to improve the performance of the propeller with Turbo-Ring using real-coded genetic algorithm. In the presented method, Unimodal Normal Distribution Crossover (UNDX) and Minimal Generation Gap (MGG) model are used as crossover operator and generation-alternation model, respectively. Propeller characteristics are evaluated by a simple surface panel method "SQCM" in the optimization process. Blade sections of the original Turbo-Ring and propeller are replaced by the NACA66 a = 0.8 section. However, original chord, skew, rake and maximum blade thickness distributions in the radial direction are unchanged. Pitch and maximum camber distributions in the radial direction are selected as the design variables. Optimization is conducted to maximize the efficiency of the propeller with Turbo-Ring. The experimental result shows that the efficiency of the optimized propeller with Turbo-Ring is higher than that of the original propeller with Turbo-Ring.
The organic Rankine cycle has been widely used to convert the renewable energy such as the solar energy, the geothermal energy, or the waste energy etc., to the electric power. Some previous studies focused to find what kind of refrigerant would be a best working fluid for the organic Rankine cycle. In this study, R245fa was chosen to the working fluid, and the cycle analysis was conducted for the output power of 30kW or less. In addition, properties (temperature, pressure, entropy, and enthalpy etc.) of the working fluid on the cycle were predicted when the turbine output power was controlled by adjusting the mass flowrate. The configuration of the turbine was a radial-type and the supersonic nozzles were applied as the stator. So, the turbine was operated in partial admission. The turbine efficiency and the optimum velocity ratio were considered in the cycle analysis for the low partial admission rate. The computed results show that the system efficiency is affected by the partial admission rate more than the temperature of the evaporator.
The low rate of penetration and short lifetime of drilling bit served as the most common problems encountered in hard formation drilling, thus leading to severe restriction of drilling efficiency in oil and gas reservoir. This study developed a new local impact drilling method to enhance hard formation drilling efficiency. The limitation length formulas of radial/lateral cracks under static indentation and dynamic impact are derived based on the experimental research of Marshall D.B considering the mud column pressure and confining pressure. The local impact rock breaking simulation model is conducted to investigate its ROP raising effect. The results demonstrate that the length of radial/lateral cracks will increase as the decrease of mud pressure and confining pressure, and the local impact can result in a damage zone round the impact crater which helps the rock cutting, thus leading to the ROP increase. The numerical results also demonstrate the advantages of local impact method for raising ROP and the vibration reduction of bit in hard formation drilling. This study has shown that the local impact method can help raising the ROP and vibration reduction of bit, and it may be applied in drilling engineering.
Switched Reluctance Motor has doubly salient poles in stator and rotor, windings are wound in just stator and no magnet or windings on the rotor. This configuration is robust mechanically and thermally. The inverter of SRM is more robust than that of induction or brushless DC(BLDC) motor, but still its drive is comparatively expensive for home appliance. To drive the conventional three or four-phase SRM, 6 to 8 power switches are required when asymmetric bridge inverter is employed. Generally, more than 50% of the cost for the SRM drive is allocated to power devices and gate drives. This paper proposed single phase SRM that have both radial and axial air gaps. The stator and rotor were stacked with two types of stampings that have different diameters. This configuration is very effective to increase align inductance(Lmax). The high value of Lmax increases the motor efficiency and power density. The proposed single phase SRM(Claw SRM) can be driven by only two power switches. To show the validity of the proposed idea, the analysis using finite element method(FEM) and experimental works are carried out. The proposed SPSRM can be driven with high efficiency and can be made compactly and inexpensively because of high value of align inductance and less number of switches. For the comparison, we used same stator for three-phase and single phase, and slightly different stator and rotor for proposed single phase SRM(Claw SRM)
The performance prediction of an airfoil fan using a commerical code, STAR/CD, is verified by comparing the calculated results with measured performance data and velocity fields of an airfoil fan. The effects of inlet tip clearance on performance are investigated. The calculations overestimate the pressure rise performance by about 10-25 percent. However, the performance reduction due to tip clearance is well predicted by numerical simulations. Main source of performance decrease is not only the slip factor but also impeller efficiency. The reduction in performance is 12-16 percent for 1 percent gap of the diameter. The calculated reductions in impeller efficiency and slip factor are also linearly proportional to the gap size. The span-wise distributions of phase averaged velocity and pressure at the impeller exit are strongly influenced by the radial gap size. The radial component of velocity and the flow angle increase over the passsage as the gap increases. The slip factor decreases and the loss increases with the gap size. The high velocity of leakage jet affects the impeller inlet and passage flows. With a larger clearance, the main stream moves to the impeller hub side and high loss region extends from the shroud to the hub.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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