Jung, Chang Hoon;Yoon, Young Jun;Um, Junshik;Lee, Seoung Soo;Lee, Ji Yi;Chiao, Sen;Kim, Yong Pyo
Environmental Engineering Research
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제25권3호
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pp.439-445
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2020
In the estimation of the aerosol single fiber efficiency using fibrous filters, there is a size range, where the particles penetrate most effectively through the fibrous collectors, and corresponding minimum single fiber efficiency. For small particles in which the diffusion mechanism is dominant, the Cunningham slip correction factor (Cc) affects the single fiber efficiency and the most penetrating particle size (MPPS). Therefore, for accurate estimation, Cc is essential to be considered. However, many previous studies have neglected this factor because of its complexity and the associated difficulty in deriving the appropriate parameterization particularly for the MPPS. In this study, the expression for the MPPS, and the corresponding expression for the minimum single fiber efficiency are analytically derived, and the effects of Cc are determined. In order to accommodate the slip factor for all particle-size ranges, Cc is simplified and modified. Overall, the obtained analytical expression for the MPPS is in a good agreement with the exact solution.
The dynamic characterization is important in making accurate predictions of the seismic response of the hybrid structures dominated by different damping mechanisms. Different damping characteristics arise from the construction of the tower with different materials: steel for the upper part; reinforced concrete for the lower main part and interaction with supporting soil. The process of modeling damping matrices and experimental verification is challenging because damping cannot be determined via static tests as can mass and stiffness. The assumption of classical damping is not appropriate if the system to be analyzed consists of two or more parts with significantly different levels of damping, such as steel/concrete mixed structure - supporting soil coupled system. The dynamic response of structures is critically determined by the damping mechanisms, and its value is very important for the design and analysis of vibrating structures. An analytical approach capable of evaluating the equivalent modal damping ratio from structural components is desirable for improving seismic design. Two approaches are considered to define and investigate dynamic characteristics of hybrid tower of cable-stayed bridges: The first approach makes use of a simplified approximation of two lumped masses to investigate the structure irregularity effects including damping of different material, mass ratio, frequency ratio on dynamic characteristics and modal damping; the second approach employs a detailed numerical step-by step integration procedure in which the damping matrices of the upper and the lower substructures are modeled with the Rayleigh damping formulation.
In this paper, the optimal extended homotopy analysis method (OEHAM) is introduced to deal with the damped Duffing resonator driven by a van der Pol oscillator, which can be described as a complex Multi-Degree-of-Freedom (MDOF) nonlinear coupling system. Ecumenically, the exact solutions of the MDOF nonlinear coupling systems are difficult to be obtained, thus the development of analytical approximation becomes an effective and meaningful approach to analyze these systems. Compared with traditional perturbation methods, HAM is more valid and available, and has been widely used for nonlinear problems in recent years. Hence, the method will be chosen to study the system in this article. In order to acquire more suitable solutions, we put forward HAM to the OEHAM. For the sake of verifying the accuracy of the above method, a series of comparisons are introduced between the results received by the OEHAM and the numerical integration method. The results in this article demonstrate that the OEHAM is an effective and robust technique for MDOF nonlinear coupling systems. Besides, the presented methods can also be broadly used for various strongly nonlinear MDOF dynamical systems.
Numerical solution to linear bending analysis of circular plates is obtained by the method of harmonic differential quadrature (HDQ). In the method of differential quadrature (DQ), partial space derivatives of a function appearing in a differential equation are approximated by means of a polynomial expressed as the weighted linear sum of the function values at a preselected grid of discrete points. The method of HDQ that was used in the paper proposes a very simple algebraic formula to determine the weighting coefficients required by differential quadrature approximation without restricting the choice of mesh grids. Applying this concept to the governing differential equation of circular plate gives a set of linear simultaneous equations. Bending moments, stresses values in radial and tangential directions and vertical deflections are found for two different types of load. In the present study, the axisymmetric bending behavior is considered. Both the clamped and the simply supported edges are considered as boundary conditions. The obtained results are compared with existing solutions available from analytical and other numerical results such as finite elements and finite differences methods. A comparison between the HDQ results and the finite difference solutions for one example plate problem is also made. The method presented gives accurate results and is computationally efficient.
이상으로부터 다음의 결론을 얻는다. 조파저항 이론의 전개에서 Michell 적분보다 더욱 정밀한 Neumann-Kelvin 문제가 복잡한 kernel 함수 때문에 많은 시간과 노력이 필요하지만, 원점 부근에서 Kelvin 소오스의 점근거동을 조사하여 세장체 근사를 행함으로 N-K 문제의 kernel 함수에 대한 근사와 동등하게 처리될 수 있었다. 조파저항의 계산 결과가 Michell 적분과 비슷한 경향을 보이나, 실험치와의 정확한 비교를 할 수 없었다. 그러나 세장선 이론을 적용함으로써 훨씬 복잡하고 지루한 작업을 들 수 있었다. 전진 속도를 갖는 경우에는 수정된 Green정리를 이용하면 될 것으로 기대된다.
The aim of this work is to investigate the transport mechanism of radioactive nuclides through the reverse osmosis (RO) membrane and to estimate its effectiveness for nuclide separation from radioactive liquid waste. An analytical model is developed to simulate the RO separation, and a series of experiments are set up to confirm its estimated separation behavior. The model is based on the extended Nernst-Plank equation, which handles the convective flux, diffusive flux, and electromigration flux under electroneutrality and zero electric current conditions. The distribution coefficient which arises due to ion interactions with the membrane material and the electric potential jump at the membrane interface are included as boundary conditions in solving the equation. A high Peclet approximation is adopted to simplify the calculation, but the effect of concentration polarization is included for a more accurate prediction of separation. Cobalt and cesium are specifically selected for the experiments in order to check the separation mechanism from liquid waste composed of various radioactive nuclides and nonradioactive substances, and the results are compared with the estimated cobalt and cesium rejections of the RO membrane using the model. Experimental and calculated results are shown to be in excellent agreement. The proposed model will be very useful for the prediction of separation behavior of various radioactive nuclides by the RO membrane.
The released hydrogen can be ignited even with weak ignition sources. This emphasizes the importance of the hydrogen flammability evaluation to prevent catastrophic failure in hydrogen related facilities including a nuclear power plant. Historically numerous attempts have been made to determine the flammability limit of hydrogen mixtures including several diluents. However, no analytical model has been developed to accurately predict the limit concentration for mixtures containing radiating gases. In this study, the effect of H2O and CO2 on flammability limit was investigated through a numerical simulation of lean limit hydrogen flames. The previous flammability limit model was improved based on the mechanistic investigation, with which the amount of indirect radiation heat loss could be estimated by the optically thin approximation. As a result, the sharp increase in limit concentration by H2O could be explained by high thermal diffusivity and radiation rate. Despite the high radiation rate, however, CO2 with the lower thermal diffusivity than the threshold cannot produce a noticeable increase in heat loss and ultimately limit concentration. We concluded that the proposed mechanistic analysis successfully explained the experimental results even including radiating gases. The accuracy of the improved model was verified through several flammability experiments for H2-air-diluent.
Metaheuristic algorithms can work well in solving or optimizing problems, especially those that require approximation or do not have a good analytical solution. Particle swarm optimization (PSO) is one of these algorithms. The response quality of these algorithms depends on the objective function and its regulated parameters. The nonlinear nature of the pressurized light-water nuclear reactor (PWR) dynamics is a significant target for PSO. The two-point kinetics model of this type of reactor is used because of fission products properties. The proportional-integral-derivative (PID) controller is intended to control the power level of the PWR at a short-time transient. The absolute error (IAE), integral of square error (ISE), integral of time-absolute error (ITAE), and integral of time-square error (ITSE) objective functions have been used as performance indexes to tune the PID gains with PSO. The optimization results with each of them are evaluated with the number of function evaluations (NFE). All performance indexes achieve good results with differences in the rate of over/under-shoot or convergence rate of the cost function, in the desired time domain.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제17권1호
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pp.185-201
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2023
Grant-free random access (GFRA) can reduce the access delay and signaling cost, and satisfy the short transmission packet and strict delay constraints requirement in internet of things (IoT). IoT is a major trend in the future, which is characterized by the variety of applications and devices. However, most existing studies on GFRA only consider a single type of device and omit the effect of access delay. In this paper, we study GFRA in multicell massive multipleinput multiple-output (MIMO) systems where different types of devices with various configurations and requirements co-exist. By introducing the backoff mechanism, each device is randomly activated according to the backoff parameter, and active devices randomly select an orthogonal pilot sequence from a predefined pilot pool. An analytical approximation of the average spectral efficiency for each type of device is derived. Based on it, we obtain the optimal backoff parameter for each type of devices under their delay constraints. It is found that the optimal backoff parameters are closely related to the device number and delay constraint. In general, devices that have larger quantity should have more backoff time before they are allowed to access. However, as the delay constraint become stricter, the required backoff time reduces gradually, and the device with larger quantity may have less backoff time than that with smaller quantity when its delay constraint is extremely strict. When the pilot length is short, the effect of delay constraints mentioned above works more obviously.
Recently, electrical resistivity surveys have been used to obtain information related to underground structures including burial structure type and depth. However, various field conditions hinder understanding measured electrical resistance, and thus there is a need to understand how various geometries affect electrical resistance. This study explores the effect of geometric parameters of a structure and electrodes on electrical resistance in the framework of the finite element method. First, an electrical resistance module is developed using the generalized mesh modeling technique, and the accuracy of the module is verified by comparing the results with the analytical solution for a cylindrical electrode with conical tip. Then, 387 cases of numerical analysis including geometric parameters of a buried structure and electrodes are conducted to quantitatively estimate the detection depth under a steady-state current condition. The results show that electrical resistance is increased as (1) shallower burial depth of structure, (2) closer distance between ground electrode and structure, (3) longer horizontal electrode distance. In addition, the maximum detection depth corresponding to converged electrical resistance is deeper as (4) closer distance between ground electrode and structure, (5) shorter horizontal electrode distance. The distribution of the electric potential around the electrodes and underground structure is analyzed to provide a better understanding of the measured electrical resistance. As engineering purpose, the empirical equation is proposed to calculate maximum detection depth as first approximation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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