Using an efficient adjoint variable method, we develop a unified design sensitivity analysis (DSA) method considering both steady state nonlinear heat conduction and geometrical nonlinear elasticity problems. Design sensitivity expressions with respect to thermal conductivity and Young's modulus are derived. Beside the temperature and displacement adjoint equations, another coupled one is defined regarding the obtained adjoint displacement field as the adjoint load in temperature field. The developed DSA method is shown to be very efficient and further extended to a topology design optimization method for the nonlinear weakly coupled thermo-elasticity problems using a density approach.
In order to investigate the warmth retaining properties of fabrics some characteristics such as thickness. porosity, packing density, thermal conductivity, moisture regain and air permeability were measured and experimental results were analysed statistically to relate the warmth retaining properties with those characteristics. From the analysis, the following results were obtained. 1. When the warmth retaining properties of fabrics (Y) are dependent variable and thickness ($x_1$), porosity ($x_2$), packing density ($x_3$), thermal conductivity ($x_4$), moisture regain ($x_5$) and air permeability ($x_6$) are independent variables, the regression equation of warmth retaining properties can be represented as follows. 1) Y= 1.6005+46.817$x_1$, (R=0.9487) 2)Y=-1.4187+26.5072$x_1$+0.2055$x_2$(R=0.9704) 3) Y= -3.6908+17.4482$x_1$+0.1782$x_2$+28.3243$x_3$ (R=0.9756) 4) Y=0.9202+16.9553$x_1$+0. 1167$x_2$+30.3577$x_3$+1.8884$x_4$ (R=0.9792) 5) Y=0.9353+17.2266$x_1$+0.1177$x_2$+28.9821$x_3$-1.8302$x_4$+0.0151$x_5$ (R=0.9792) 6) Y=0.7583+17.2343$x_1$+0.1196$x_2$+28.8830$x_3$-1.8336$x_4$+0.0187$x_5$0.0004$x_5$ (R=0.9792) 2. The warmth retaining properties of fabrics are merely affected by adding thermal conductivity, moisture regain and multiple regression equation which contains thickness, porosity and packing density as variables. Therefore the multiple regression which contains thickness, porosity and packing density as variables Y=-3.6908+17.4482$x_1$+0.1782$x_2$+28.3243$x_3$ is highly practical.
Casting structures and properties are determined by the solidification speed in the metal mold. The heat transfer characteristics of the interface between the mold and the casting is one of the major factors that control the solidification speed. According to Sully's research, the thermal resistance exists due to the air-gap formation at the mold-casting interface during the freezing process and the interface heat transfer coefficient is used to describe the degree of it. In this study, one-dimensional Stefan problem with air-gap resistance in the cylindrical geometry is considered and heat transfer characteristics is numerically examined. The temperature distribution and solidification speed are obtained by using the modified variable time step method. And the effects of the major parameters such as mold geometry, thermal conductivity, heat transfer coefficient and initial temperature of casting on the thermal characteristics are investigated.
In the East Sea of Korea, the ocean environments are known to have strong variations in space and time. Their effects are very important factors in sound propagation and sonar performance. We consider the environmental factors such as eddies and thermal fronts affecting underwater sound propagation and target detection performance by sonars. Unfortunately, however, the detailed structure of eddies is usually difficult to understand by using the sea surface temperatures from infrared images alone or a few profiles from the CTD (conductivity, temperature and depth) castings. The temperature fields of eddy and thermal front are simulated with typical patterns of those obtained from several observations. This paper delivers the overviews of environments and acoustic models with their simulation results on sonar performance.
In this paper, using an adjoint variable method, we develop a design sensitivity analysis (DSA) method applicable to heat conduction problems in steady state. Also, a topology design optimization method is developed using the developed DSA method. Design sensitivity expressions with respect to the thermal conductivity are derived. Since the already factorized system matrix is utilized to obtain the adjoint solution, the cost for the sensitivity computation is trivial. For the topology design optimization, the design variables are parameterized into normalized bulk material densities. The objective function and constraint are the thermal compliance of structures and allowable material volume, respectively. Through several numerical examples, the developed DSA method is verified to yield very accurate sensitivity results compared with finite difference ones, requiring less than 0.3% of CPU time far the finite differencing. Also, the topology optimization yields physical meaningful results.
In this paper, using an adjoint variable method, we develop a design sensitivity analysis (DSA) method applicable to 3-Dimensional heat conduction problems in steady state. Also, a topology design optimization method is developed using the developed DSA method. Design sensitivity expressions with respect to the thermal conductivity are derived. Since the already factorized system matrix is utilized to obtain the adjoint solution, the cost for the sensitivity computation is trivial. For the topology design optimization, the design variables are parameterized into normalized bulk material densities. The objective function and constraint are the thermal compliance of structures and allowable material volume, respectively, Through several numerical examples, the developed DSA method is verified to yield efficiency and accurate sensitivity results compared with finite difference ones. Also, the topology optimization yields physical meaningful results.
Basavaraja, C.;Kim, Na-Ri;Jo, Eun-Ae;Pierson, R.;Huh, Do-Sung;Venkataraman, A.
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제30권11호
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pp.2701-2706
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2009
The polymer blends containing polypyrrole (PPy) and the sulphonic acids such as β-naphthalene sulfonic acid (NSA), camphor sulfonic acid (CSA), and dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA) were synthesized by in situ deposition technique in an aqueous media using ammonium per sulfate (APS) as an initiator. The obtained films were characterized by scanning electron microscopy (SEM), and the thermal behavior of these polymer blends was analyzed by thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). The temperature-dependent (DC) conductivity of the obtained films shows a semiconducting behavior with a negative temperature coefficient of resistivity (TCR). The conductivity data were also analyzed through Mott’s equation, which provides the variable range hopping model in three dimensions. The parameters such as density of states at the Fermi energy, hopping energy, and hopping distance were calculated for PPy, PPy-NSA, PPy-CSA, and PPy-DBSA films, and the data were compared.
The formation of variable one-dimensional structures including core/shell structure is of particular significance with respect to potential applications for thermoelectric devices with the enhanced figure of merit ($ZT=S2{\sigma}T/{\kappa}$). We report the fabrication of Bi-Te core/shell nanowire based on a novel stress induced method. Fig. 1 schematically shows the nanowire fabrication process. Bi nanowires are grown on the Si substrate by the stress-induced method, and then Te is evaporated on the Bi nanowires. Fig. 2 is a transmission electron microscopy image clearly showing a core/shell structure for which effective phonon scattering and quantum confinement effect are expected. Electrical conductivity of the core/shell nanowire was measured at the temperatures from 4K to 300K, respectively. Our results demonstrate that Bi-Te core/shell nanowire can be grown successfully by the stress-induced method. Based on the result of electrical transport measurement and characteristic morphology of rough surface, Seebeck coefficient and thermal conductivity of Bi-Te core/shell nanowires are presented.
벤토나이트는 팽윤성이 좋고 투수계수가 낮아 수직 밀폐형 지중 열교환기 시공 시 보어홀(borehole)의 뒤채움재로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 국내에서 사용되는 3가지 벤토나이트를 선정하여 배합비에 따른 점도와 열전도도를 평가하였다. 시공 조건에 따라 다양한 벤토나이트 뒤채움재의 함수비를 고려하여 점도와 열전도도 특성을 규명하기 위해 벤토나이트를 배합비(벤토나이트 무게/(벤토나이트+물) 무게) 5%, 10%, 15%, 20%, 25%로 배합하고 시간에 따른 점도와 열전도도를 측정하였다. 그리고 벤토나이트 뒤채움재가 해안지역에서 시공될 경우 지하수의 염도에 의한 영향을 검토하기 위해 배합수의 NaCl 농도가 0.1M, 0.25M, 0.5M일 때 벤토나이트 뒤채움재의 침강 특성을 관찰하였다. 벤토나이트 뒤채움재의 낮은 점도로 인해 천연규사와 같은 첨가재가 지중 열교환기 바닥에 침전될 경우 발생할 수 있는 재료분리 현상을 저점도 벤토나이트 뒤채움재를 사용하여 실험을 통해 규명하였으며 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. (1) 벤토나이트 뒤채움재의 점도는 시간이 지남에 따라 또는 배합비가 증가함에 따라 상승하는 경향을 나타내며 벤토나이트 뒤채움재의 열전도도는 배합비가 증가하면 상승하지만 통일한 배합비에서는 시간에 따른 변화가 미미하다. (2) 벤토나이트 뒤채움재의 팽창지수가 높을수록 배합수의 NaCl 농도에 따른 침강율은 상대적으로 낮게 나타난다. (3) 저점도 벤토나이트 뒤채움재는 첨가재의 재료분리로 인해 보어홀 내의 깊이별 첨가재 분포를 비균질하게 하므로 보어홀 상부의 열전도도가 하부에 비해 작게 나타날 수 있는 가능성이 있다.
The main concern of this article is to discuss the problem of a two-temperature fiber-reinforced micropolar thermoelastic medium with voids under the effect rotation, mechanical force in the context four different theories with memory-dependent derivative (MDD) and variable thermal conductivity. The three-phase-lag model (3PHL), dual-phase-lag model (DPL), Green-Naghdi theory (G-N II, G-N III), coupled theory, and the Lord-Shulman theory (L-S) are employed to solve the present problem. Analytical expressions of the physical quantities are obtained by using Laplace-Fourier transforms technique. Numerical results are shown graphically and the results obtained are analyzed. The most significant points are highlighted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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