Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2021.06a
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pp.433-433
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2021
본 연구는 개수로 흐름에서 조류발전단지의 터빈 최적 배열의 거시적 특성에 관한 연구를 수행하였다. 천수방정식을 통해 직사각형 개수로의 흐름장을 해석하였고, 상류와 하류단에 대해 각각 유입경계조건(inlet boundary condition)과 Flather 형식의 개방경계조건(open boundary condition)을 부여하여 일정 유량으로 흐르는 개수로 흐름을 구현하였다. 더불어, Strickler의 법칙을 확장한 반력공식을 연계하여, 개수로 흐름에 대한 조류 터빈의 영향을 반영하였다. 주어진 상류의 흐름 조건에 대해 조류발전량을 최대로 하는 최적 배열을 구하기 위해 터빈 반력모형을 연계한 천수방정식, 터빈간 최소간격, 그리고 발전단지영역을 제한조건으로 하는 발전량 최대화 문제를 구성하였다. 여기서 조류 터빈의 위치를 나타내는 벡터를 설계변수로 두었는데, 설계되는 터빈의 수가 증가함에 따라 최적화 문제의 계산량이 증가하지 않도록 수반법(adjoint method)을 경사도기반법(gradient-based method)에 연계한 방법이 이용되었다. 다수의 터빈초기배치로 상당한 수치실험이 수행되었고, 발전량 최대화를 이루도록 최적화된 터빈의 배치들이 큰 규모에서 고유한 형상으로 수렴함을 확인하였다. 이러한 특성은 발전단지의 너비와 터빈의 최소간격의 함수로 정의된 무차원수 E를 바탕으로 설명되었다. 구체적으로, E가 1보다 작을 때에는 선형배열이 최적배열로 나타났고, E가 1을 넘어 점차 커짐에 따라 하류에 오목한 형상을 보이다가 V-형태로 발전하는 양상을 보였다. 또한, 어느 임계 수 이상의 터빈이 배치되는 경우 일열 배열을 유지하지 못하고 이열 배열로 분리됨이 관찰되었다.
Han, Gi Young;Kim, Do Hyun;Shin, Chang Ho;Kim, Song Hyun;Seo, Bo Kyun;Sun, Gwang Min
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.3
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pp.765-772
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2016
In analyzing residual radiation, researchers generally use a two-step Monte Carlo (MC) simulation. The first step (MC1) simulates neutron transport, and the second step (MC2) transports the decay photons emitted from the activated materials. In this process, the stochastic uncertainty estimated by the MC2 appears only as a final result, but it is underestimated because the stochastic error generated in MC1 cannot be directly included in MC2. Hence, estimating the true stochastic uncertainty requires quantifying the propagation degree of the stochastic error in MC1. The brute force technique is a straightforward method to estimate the true uncertainty. However, it is a costly method to obtain reliable results. Another method, called the adjoint-based method, can reduce the computational time needed to evaluate the true uncertainty; however, there are limitations. To address those limitations, we propose a new strategy to estimate uncertainty propagation without any additional calculations in two-step MC simulations. To verify the proposed method, we applied it to activation benchmark problems and compared the results with those of previous methods. The results show that the proposed method increases the applicability and user-friendliness preserving accuracy in quantifying uncertainty propagation. We expect that the proposed strategy will contribute to efficient and accurate two-step MC calculations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.1
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pp.141-152
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1993
A generalized method is presented for shape design sensitivity analysis of axisymmetric thermal conducting solids. The shape sensitivity formula of a general performance functional arising in shape optimal design problem is derived using the material derivative concept and the adjoint variable method. The method for deriving the formula is based on standard axisymmetric boundary integral equation formulation. It is then applied to obtain the sensitivity formulas for temperature and heat flux constraints imposed over a small segment of the boundary. To show the accuracy of the sensitivity analysis, numerical implementations are done for three examples. Sensitivities calculated by the presented method are compared with analytic sensitivities for two examples with analytic solutions, and compared with sensitivies by finite difference for a cooling fin example.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.1
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pp.17-27
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2009
Water jet impingement cooling is used to remove heat from high-temperature surfaces such as hot steel plates in the steel manufacturing process (thermo-mechanical cooling process; TMCP). In those processes, uniform cooling is the most critical factor to ensure high strength steel and good quality. In this study, experiments are performed to measure the heat transfer coefficient together with the inverse heat conduction problem (IHCP) analysis for a plate cooled by planar water jet. In the inverse heat transfer analysis, spatial and temporal variations of heat transfer coefficient, with no information regarding its functional form, are determined by employing the conjugate gradient method with an adjoint problem. To estimate the two dimensional distribution of heat transfer coefficient and heat flux for planar waterjet cooling, eight thermo-couple are installed inside the plate. The results show that heat transfer coefficient is approximately uniform in the span-wise direction in the early stage of cooling. In the later stage where the forced-convection effect is important, the heat transfer coefficient becomes larger in the edge region. The surface temperature vs. heat flux characteristics are also investigated for the entire boiling regimes. In addition, the heat transfer rate for the two different plate geometries are compared at the same Reynolds number.
The data integration with modeled predictions (DIMP) model is a promising inverse radiation transport method for solving the special nuclear material (SNM) holdup problem. Unlike previous methods, DIMP is a completely passive nondestructive assay technique that requires no initial assumptions regarding the source distribution or active measurement time. DIMP predicts the most probable source location and distribution through Bayesian inference and quasi-Newtonian optimization of predicted detector responses (using the adjoint transport solution) with measured responses. DIMP performs well with forward hemispherical collimation and unshielded measurements, but several considerations are required when using narrow-view collimated detectors. DIMP converged well to the correct source distribution as the number of synthetic responses increased. DIMP also performed well for the first experimental validation exercise after applying a collimation factor, and sufficiently reducing the source search volume's extent to prevent the optimizer from getting stuck in local minima. DIMP's simple point detector response function (DRF) is being improved to address coplanar false positive/negative responses, and an angular DRF is being considered for integration with the next version of DIMP to account for highly collimated responses. Overall, DIMP shows promise for solving the SNM holdup inverse problem, especially once an improved optimization algorithm is implemented.
Within the optimization field, addressing the intricate posed by fluidic pressure loads on functionally graded structures with frequency-related designs is a kind of complex design challenges. This paper thus introduces an innovative density-based topology optimization strategy for frequency-constraint functionally graded structures incorporating Darcy's law and a drainage term. It ensures consistent treatment of design-dependent fluidic pressure loads to frequency-related structures that dynamically adjust their direction and location throughout the design evolution. The porosity of each finite element, coupled with its drainage term, is intricately linked to its density variable through a Heaviside function, ensuring a seamless transition between solid and void phases. A design-specific pressure field is established by employing Darcy's law, and the associated partial differential equation is solved using finite element analysis. Subsequently, this pressure field is utilized to ascertain consistent nodal loads, enabling an efficient evaluation of load sensitivities through the adjoint-variable method. Moreover, this novel approach incorporates load-dependent structures, frequency constraints, functionally graded material models, and polygonal meshes, expanding its applicability and flexibility to a broader range of engineering scenarios. The proposed methodology's effectiveness and robustness are demonstrated through numerical examples, including fluidic pressure-loaded frequency-constraint structures undergoing small deformations, where compliance is minimized for structures optimized within specified resource constraints.
This paper presents two new methods for variance reduction for shielding calculation in Monte Carlo radiation transport. One method is CADIS-NEE, which combines Consistent Adjoint Driven Importance Sampling (CADIS) and next-event estimator (NEE) methods to increase the calculation efficiency of tallies at points. The other is CADIS-deterministic transport (DXTRAN), which combines CADIS and DXTRAN to obtain higher performance than using CADIS and DXTRAN separately. The combination processes are derived and implemented in the hybrid Monte-Carlo-Deterministic particle-transport code NECP-MCX. Various problems are tested to demonstrate the effectiveness of the two methods. According to the results, the two combination methods have higher efficiency than using CADIS, NEE or DXTRAN separately. In a long-distance photon-transport problem, CADIS-NEE converges faster than NEE and the figure of merit (FOM) of CADIS-NEE is 75.6 times of NEE. In a labyrinthine problem, CADIS-DXTRAN's FOM surpasses that of DXTRAN and CADIS by a factor of 45.3 and 17.7, respectively. Therefore, it is advisable to employ these two novel methods selectively in appropriate scenarios to reduce variance.
Kim, Min-Geun;Hashimoto, Hiroshi;Abe, Kazuhisa;Cho, Seonho
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.6
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pp.549-558
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2012
A topology optimization method for phononic crystals is developed for the design of sound barriers, using the level set approach. Given a frequency and an incident wave to the phononic crystals, an optimal shape of periodic inclusions is found by minimizing the norm of transmittance. In a sound field including scattering bodies, an acoustic wave can be refracted on the obstacle boundaries, which enables to control acoustic performance by taking the shape of inclusions as the design variables. In this research, we consider a layered structure which is composed of inclusions arranged periodically in horizontal direction while finite inclusions are distributed in vertical direction. Due to the periodicity of inclusions, a unit cell can be considered to analyze the wave propagation together with proper boundary conditions which are imposed on the left and right edges of the unit cell using the Bloch theorem. The boundary conditions for the lower and the upper boundaries of unit cell are described by impedance matrices, which represent the transmission of waves between the layered structure and the semi-infinite external media. A level set method is employed to describe the topology and the shape of inclusions. In the level set method, the initial domain is kept fixed and its boundary is represented by an implicit moving boundary embedded in the level set function, which facilitates to handle complicated topological shape changes. Through several numerical examples, the applicability of the proposed method is demonstrated.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.1
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pp.9-16
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2014
Using a level set method and topological derivatives, a topological shape optimization method that is independent of an initial design is developed for linearly elastic structures. In the level set method, the initial domain is kept fixed and its boundary is represented by an implicit moving boundary embedded in the level set function, which facilitates to handle complicated topological shape changes. The "Hamilton-Jacobi(H-J)" equation and computationally robust numerical technique of "up-wind scheme" lead the initial implicit boundary to an optimal one according to the normal velocity field while minimizing the objective function of compliance and satisfying the constraint of allowable volume. Based on the asymptotic regularization concept, the topological derivative is considered as the limit of shape derivative as the radius of hole approaches to zero. The required velocity field to update the H-J equation is determined from the descent direction of Lagrangian derived from optimality conditions. It turns out that the initial holes are not required to get the optimal result since the developed method can create holes whenever and wherever necessary using indicators obtained from the topological derivatives. It is demonstrated that the proper choice of control parameters for nucleation is crucial for efficient optimization process.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.12
no.1
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pp.189-194
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2017
The reversibility of a quantum logic circuit can be realized when two reversible conditions of information reversible and energy reversible circuits are satisfied. In this paper, we have modeled the computation cycle required to recover the information reversibility from the multivalued quantum logic to the original state. For modeling, we used a function embedding method that uses a unitary switch as an arithmetic exponentiation switch. In the quantum logic circuit, if the adjoint gate pair is symmetric, the unitary switch function shows the balance function characteristic, and it takes 1 cycle operation to recover the original information reversibility. Conversely, if it is an asymmetric structure, it takes two cycle operations by the constant function. In this paper, we show that the problem of 2-cycle restoration according to the asymmetric structure when the hybrid MCT gate is realized with the ternary M-S gate can be solved by equivalent conversion of the asymmetric gate to the gate of the symmetric structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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