Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.3
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pp.18-27
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2002
In order to improve the accuracy of the solution near the boundary in an analysis of viscous flow around an arbitrary boundary which move and be deformed using an Eulerian concept, a level-set based grid deformation method is introduced to concentrate grid points near the boundary. This paper presents a new monitor function which can easily control the level of the concentration of grid points along the boundary. Computations for steady flow around a semi-circular cylinder mounted on the bottom of the flow domain were carried out to check the improvement of the solution using the adaptive grid system with an immersed boundary method. The present numerical results show a good agreement with the solutions obtained by a body fitted grid system and more accurate solutions than those computed with non-adaptive grid system. For the validation of mechanical usefulness of the present method, an expanded analysis of flow around multi-body fixed in the flow domain was carried out. Finally, the present moving adaptive grid method was applied to a two-dimensional bubble rise problem. The computed results show well adapted grid points around the boundary of the bubble at every time and a good agreement with the result calculated by fixed grid system.
Electrowetting is a versatile tool to handle tiny droplets and forms a backbone of digital microfluidics. Numerical analysis is necessary to fully understand the dynamics of electrowetting, especially in designing electrowetting-based devices, such as liquid lenses and reflective displays. We developed a numerical method to analyze the general contact-line problems, incorporating dynamic contact angle models. The method is based on the conservative level set method to capture the interface of two fluids without loss of mass. We applied the method to the analysis of spreading process of a sessile droplet for step input voltages and oscillation of the droplet for alternating input voltages in electrowetting. The result was compared with experimental data. It is shown that contact line friction significantly affects the contact line motion and the oscillation amplitude. The pinning process of contact line was well represented by including the hysteresis effect in the contact angle models. In level set method, in the mean time, material properties are made to change smoothly across an interface of two materials with different properties by introducing an interpolation or smoothing scheme. So far, the weighted arithmetic mean (WAM) method has been exclusively adopted in level set method, without complete assessment for its validity. We viscosity, thermal conductivity, electrical conductivity, and permittivity, can be an alternative. I.e., the WHM gives more accurate results than the WAM method in certain circumstances. The interpolation scheme should be selected considering various characteristics including type of property, ratio of property of two fluids, geometry of interface, and so on.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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v.49
no.1
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pp.81-87
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2012
The current defacing method for keeping an anonymity of brain images damages the integrity of a precise brain analysis due to over removal, although it maintains the patients' privacy. A novel method has been developed to create an anonymous face model while keeping the voxel values of an image exactly the same as that of the original one. The method contains two steps: construction of a mockup brain template from ten normalized brain images and a substitution of the mockup brain to the brain image. A level set segmentation algorithm is applied to segment a scalp-skull apart from the whole brain volume. The segmented mockup brain is coregistered and normalized to the subject brain image to create an anonymous face model. The validity of this modification is tested through comparing the intensity of voxels inside a brain area from the mockup brain with the original brain image. The result shows that the intensity of voxels inside from the mockup brain is same as ones from an original brain image, while its anonymity is guaranteed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.10
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pp.1089-1095
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2011
Numerical simulation is performed for nucleate boiling on a micro-finned surface, which has been widely used to enhance heat transfer, by solving the equations governing the conservation of mass, momentum, and energy in the liquid and vapor phases. The bubble motion is determined by a sharp-interface level-set method, which is modified to include the effect of phase change and to treat the no-slip and contact-angle conditions, as well as the evaporative heat flux from the liquid microlayer on immersed solid surfaces such as micro fins and cavities. The numerical results for bubble formation, growth, and departure on a microstructured surface including fins and cavities show that the bubble behavior during nucleate boiling is significantly influenced by the fin-cavity arrangement and the fin-fin spacing.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.29
no.3
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pp.91-98
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2024
In this paper, we present a particle-grid blending framework based on a geometric approach to efficiently represent opaque ice spheres with air bubbles. The water temperature is diffused through the grid and the air bubbles represented inside the ice through the particles. To solve the problem of previous methods that generate noisy dissolved air fields, we use levelsets to lighten the algorithm, i.e., the number of active particles and the initial amount of dissolved oxygen can be used to efficiently control the termination conditions of heat diffusion. We also extend the previous dissolved air field method, which only computes near air bubbles, to transparent regions to represent realistic ice spheres, and introduce a levelset-based approach to accurately compute the orientation of particles. As a result, the method presented in this paper is about three times faster than the existing methods and shows visually improved visualization of opaque ice spheres, which can be used in the field of representing physical virtual ice forms.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.391-396
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2008
A level set based topological shape optimization using extended B-spline basis functions is developed for steady state heat conduction problems. The only inside of complicated domain is identified by the level set functions and taken into account in computation. The solution of Hamilton-Jacobi equation leads to an optimal shape according to the normal velocity field determined from the sensitivity analysis, minimizing a thermal compliance while satisfying a volume constraint. To obtain exact shape sensitivity, the precise normal and curvature of geometry need to be determined using the level set and B-spline basis functions. The nucleation of holes is possible whenever and wherever necessary during the optimization using a topological derivative concept.
In the present study, a least square weighted residual method and Taylor-Galerkin method were formulated and tested for the discretization of the two hyperbolic type equations of level set method; advection and reinitialization equations. The two approaches were compared by solving a time reversed vortex flow and three-dimensional broken dam flow by employing a four-step splitting finite element method for the solution of the incompressible Navier-Stokes equations. From the numerical experiments, it was shown that the least square method is more accurate and conservative than Taylor-Galerkin method and both methods are approximately first order accurate when both advection and reinitialization phase are involved in the evolution of free surface.
A level-set (LS) method is presented for computation of boiling phenomena which involve liquid-vapor interfaces that evolve, merge and break up in time, the flow and temperature fields influenced by the interfacial motion, and the microlayer that forms between the solid and the vapor phase near the wall. The LS formulation for tracking the phase interfaces is modified to include the effects of phase change on the liquid-vapor interface and contact angle on the liquid-vapor-solid interline. The LS method can calculate an interface curvature accurately by using a smooth distance function. Also, it is straightforward to implement for two-phase flows in complex geometries. The numerical method is applied for analysis of nucleate boiling on a horizontal surface and film boiling on a horizontal cylinder.
The droplet impact and merging process on a flat substrate with contact angle hysteresis is numerically studied. The droplet deformation is determined by an improved level-set method employing a sharp-interface technique for the stress condition at the liquid-gas interface and the contact angle condition at the liquid-gas-solid interline. Based on the computations, the droplet impact and merging pattern is investigated to find the optimal condition in manufacturing a micro-line. The effects of dynamic contact angles and droplet spacing on droplet motion are quantified.
The effect of the Dirichlet boundary condition for the redistance equation of level set method on the solutionof sloshing problem is investigated by adopting four Dirichlet boundary conditions. For the solution of the incompressible Navier-Stokes equations, P1P1 four-step fractional finite element method is employed and a least-square finite element method is used for the solutions of the two hyperbolic type equations of level set method; advection and redistance equation. ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) method is used to deal with a moving computational domain. It has been shown that the free surface motion in a sloshing tank is strongly dependent on the type of the Dirichlet boundary condition and the results of broken dam and sloshing problems using various Dirichlet boundary conditions are discussed and compared with the existing experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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