Stochastic molecular dynamics simulation is a variation of standard molecular dynamics simulation that basically omits water molecules. The omission of water molecules, occupying a majority of space, enables flow simulation at microscale. This study reports our stochastic molecular dynamics simulation of particles diffusing in rectangular microchannels. We interestingly found that diffusion patterns in channels with a very small aspect ratio differ by dimensions. We will also discuss the future direction of our research toward a more realistic simulation of micromixing.
In the present study, deposition of discrete and small particles, which diameter is less than $1{\mu}m$, on a filter element was simulated by stochastic method. Trajectory of each particle was numerically solved by Langevin equation and Brownian random motion was treated by Brownian dynamics. Lattice Boltzmann method (LBM) was used to solve flow field around the filter collector and deposit layer. Interaction between flow field and deposit layer was obtained from a converged solution from an inner-loop calculation. Simulation method is properly validated and collection efficiency due to different filtration parameters are examined and discussed. Morphology of deposit layer and its evolution was visualized in terms of the particle size. The particle loaded effect on collection efficiency was also discussed.
Results from a nonequilibrium molecular dynamics (NEMD) simulation are presented for an argon liquid subject to a shear flow. The segmented molecular dynamics method and the subtraction technique used in NEMD program to reduce the thermal fluctuation noise in data are studied with different shear rates. The standard deviation in the shear stress reduced from 0.030 to 0.004 by the segmented molecular dynamics method for 50 repeated segments. On the other hand, the standard deviation of the data remained the same when the subtraction technique was applied, where as the results of shear stress by constant value in a random way.
This study aims to develop strategic diagnosis framework of performance by identifying and analysing the dynamics of the technology commercialization ecosystem in innovative region. To achieve the purpose of this study, the systems thinking approach is used. The systems thinking approach connects feedback structure and behavior more explicitly to diagnosis vicious feedback loop in the regional technology commercialization ecosystem. In terms of an ecological point of view, it will be possible to explore dominant feedback structure and find leverages to overcome the limitations of regional technology commercialization performance. The diagnosis of reenforcing and balancing feedback structure is based on the statistical analysis of the survey data which has been collected in a cluster random sampling method, targeting on the 200 firm located in the Pangyo and Daeduk region. The results from this research showed that the regional technology commercialization ecosystem was immature and faced limit to the growth. An important finding of this study was that regional technology commercialization ecosystem need to activation of startups and reinforcement of virtuous feedback structures of technology commercialization market systems.
We investigate the evolutionary dynamics and the phase transitions of the island model which consists of subdivided populations of individuals confined to two islands. In the island model, the population is subdivided so that migration acts to determine the evolutionary dynamics along with selection and genetic drift. The individuals are assumed to be haploid and to be one of two species, X or Y. They reproduce according to their fitness values, die at random, and migrate between the islands. The evolutionary dynamics of an individual based model is formulated in terms of a master equation and is approximated by using the diffusion method as the multidimensional Fokker-Planck equation (FPE) and the coupled non-linear stochastic differential equations (SDEs) with multiplicative noise. We analyze the infinite population limit to find the phase transitions from the monomorphic state of one type to the polymorphic state to the monomorphic state of the other type as we vary the ratio of the fitness values in two islands and complete the phase diagram of our island model.
In structural engineering, the material properties of the structures such as elastic modulus, shear modulus, density, and size may not be deterministic and may vary at different locations. The dynamic response analysis of such structures may need to consider these properties as stochastic. This paper introduces a stochastic finite element method (SFEM) approach to analyze moving loads problems. Firstly, Karhunen-Loéve expansion (KLE) is applied for expressing the stochastic field of material properties. Then the mathematical expression of the random field is substituted into the finite element model to formulate the corresponding random matrix. Finally, the statistical moment of the dynamic response is calculated by the point estimation method (PEM). The accuracy and efficiency of the dynamic response obtained from the KLE-PEM are demonstrated by the example of a moving load passing through a simply supported Euler-Bernoulli beam, in which the material properties (including elastic modulus and density) are considered as random fields. The results from the KLE-PEM are compared with those from the Monte Carlo simulation. The results demonstrate that the proposed method of KLE-PEM has high accuracy and efficiency. By using the proposed SFEM, the random vertical deflection of a high-speed railway (HSR) bridge is analyzed by considering the random fields of material properties under the moving load of a train.
Reliable prediction of the motion of FOWT (floating offshore wind turbine) and associated mooring line tension is important in both design and operation/monitoring processes. In the present study, a 5MW OC4 semisubmersible wind turbine is numerically modeled, simulated, and analyzed by the open-source numerical tool, OpenFAST and in-house numerical tool, Charm3D-FAST. Another commercial-level program FASTv8-OrcaFlex is also introduced for comparison for selected cases. The three simulation programs solve the same turbine-floater-mooring coupled dynamics in time domain while there exist minor differences in the details of the program. Both the motions and mooring-line tensions are calculated and compared with the DeepCWind 1/50 scale model-testing results. The system identification between the numerical and physical models is checked through the static-offset test and free-decay test. Then the system motions and mooring tensions are systematically compared among the simulated results and measured values. Reasonably good agreements between the simulation and measurement are demonstrated for (i) white-noise random waves, (ii) typical random waves, and (iii) typical random waves with steady wind. Based on the comparison between numerical results and experimental data, the relative importance and role of the differences in the numerical methodologies of those three programs can be observed and interpreted. These comparative-study results may provide a certain confidence level and some insight of potential variability in motion and tension predictions for future FOWT designs and applications.
Partial quenching structure of diffusion flames in a turbulent mixing layer has been investigated by the method of flame hole dynamics in oder to develope a prediction model for the phenomenon of turbulent flame lift off. The present study is specifically aimed to remedy the shortcoming of the stiff transition of the conditioned partial burning probability across the crossover condition by employing the level-set method which enables us to include the effect of finite flame edge propagation speed. In light of the level-set simulation results with two models for the edge propagation speed, the stabilizing conditions for turbulent lifted flame are suggested. The flame hole dynamics combined with the level-set method yields a temporally evolving turbulent extinction process and its partial quenching characteristics is compared with the results of the previous model employing the flame-hole random walk mapping based on three critical scalar dissipation rates. The probability to encounter reacting state, conditioned with scalar dissipation rate, demonstrated that the conditional probability has a rather gradual transition across the crossover scalar dissipation rate. Such a smooth transition is attributed to the finite response of the flame edge propagation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.3
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pp.350-357
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1997
The transient incompressible flow behind the axisymmetric bluff body is numerically simulated using the random vortex method(RVM). Based on the vorticity formulation of the unsteady Navier-Stokes equations, the Lagrangian approach with a stochastic simulation of diffusion using random walk technique is employed to account for the transport processes of the vortex elements. The numerical solutions for 2-dimensional recirculating flow behind a backward-facing step in the laminar range of Reynolds number are compared with experimental data. The present simulation focuses on the transitional flow regime where the recirculation zone behind the bluff body becomes highly unsteady and large-scale vortex eddies are shed from the bluff body wake due to intrinsic shear layer instabilities. The unsteady vertical flow structures and the mixing characteristics behind the bluff body are discussed in detail.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.6
no.3
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pp.444-452
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2008
We propose an intelligent predictive control approach for a nonlinear networked control system (NCS) with time-varying delay and random observation. The control is given by the sum of a nominal control and a corrective control. The nominal control is determined analytically using a linearized system model with fixed time delay. The corrective control is generated online by a neural network optimizer. A Markov chain (MC) dynamic Bayesian network (DBN) predicts the dynamics of the stochastic system online to allow predictive control design. We apply our proposed method to a satellite attitude control system and evaluate its control performance through computer simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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