The effect of modifying the shape of a high-performance EMU train on the aerodynamic drag is studied here using Computational Fluid Dynamics(CFD) based on three dimensional Steady-state Navier-Stokes equation and two equation turbulence modeling. FLUENT 12 and Gambit 2.4.6 are employed for a numerical simulation of the aerodynamic drag of a streamlined-shape train as well as a proto type train. The characteristics of the aerodynamic drag of trains in tunnels are analyzed in a comparison with these characteristics in an open space. The contribution of the aerodynamic drag of each case is also investigated to establish principal pertaining to drag reduction for urban trains in tunnels. The aerodynamic drag of a streamlined train was reduced to 9.8% relative to a proto-type train with a blunt nose and a protruding roof facility and underbody shape: the running resistance is expected to be reduced by as much as 4% at a running speed of 80km/h.
Kim, Sang-Jin;Kim, Eun-Soo;Kim, Tae-Yeon;Leigh, Seung-Bok
Proceedings of the SAREK Conference
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2006.06a
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pp.387-392
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2006
The recent on indoor air problem has led to many studies on the methods and effects of ventilation for better indoor air quality. Although natural ventilation is the most effective and energy-saving method in residental housings, the small size of openable window has been a problem in high-rise residential buildings to ventilate only through natural ventilation. Consequently, the installation of mechanical ventilation system has been a requirement in residential buildings, and has caused other problems such as increase of energy consumption and SBS. Hybrid ventilation which uses forces of both natural and mechanical power has been introduced to solve the problem of increase in energy consumption with natural ventilation. In this paper, two types of hybrid ventilation systems in residential building were introduced. One type was with natural ventilation through vent grille in the window, and another type was with natural ventilation through ceiling duct while both types used mechanical ventilation system with the outlets. The indoor temperature distribution and pollution density distribution in summer while operating the ceiling air conditioner were analyzed through CFD simulation. In this paper, the optimal location of diffusers to achieve thermal comfort would be proposed.
Solid oxide fuel cells (SOFCs) is the high efficiency fuel cell operating at high temperatures ranging from 700-1000℃. Design of the flow paths of the fuel and air in SOFCs is important to improve cell performance and prevent cell degradation. However, the uneven distribution of current density in the traditional type having one inlet and outlet causes cell degradation. In this regard, the parallel flow path with two inlet and outlets was designed and compared to the traditional type based on computational fluid dynamics (CFD) simulation. To check the cell performance, hydrogen distribution, velocity distribution and current density distribution were monitored. The results validated that the parallel designs with two inlets and outlets have a higher cell performance compared to the traditional design with one inlet and outlet due to a larger reaction area. In case of uniform-type paths, more uniform current density distribution was observed with less cross-sectional variation in flow paths. In case of contracted and expanded inflow paths, significant improvement of performance and uniform current density was not observed compared to uniform parallel path. Considering SOFC cell with uniform current density can prevent cell degradation, more suitable design of SOFC cell with less cross-sectional variation in the flow path should be developed. This work can be helpful to understand the role of flow distribution in the SOFC performance.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.6
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pp.1070-1077
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2022
The International Maritime Organization has recently strengthened its marine environment regulations. The energy efficiency index has long been an important indicator of ship design, and now, energy efficiency is being enforced for existing ships as well as new ships. To increase the energy efficiency of existing ships, methods such as retrofitting the bow bulb, selecting an optimized trim during ship operation, and installing an energy saving device have been applied. In this study, the ship resistance was numerically simulated using computational fluid dynamics (CFD) under various bow and stern trim conditions. In addition, the bulb was redesigned to further improve the resistance performance under the selected trim conditions. When the improved bulb was applied, the effective horse power increased by approximately 5%. It is, however, necessary to verify whether the redesigned bulb can reduce ship resistance in waves.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.48
no.1
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pp.90-100
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2011
We present a parallel bi-conjugate gradient (Bi-CG) matrix solver for large scale Bio-FET simulations based on recent graphics processing units (GPUs) which can realize a large-scale parallel processing with very low cost. The proposed method is focused on solving the Poisson equation in a parallel way, which requires massive computational resources in not only semiconductor simulation, but also other various fields including computational fluid dynamics and heat transfer simulations. As a result, our solver is around 30 times faster than those with traditional methods based on single core CPU systems in solving the Possion equation in a 3D FDM (Finite Difference Method) scheme. The proposed method is implemented and tested based on NVIDIA's CUDA (Compute Unified Device Architecture) environment which enables general purpose parallel processing in GPUs. Unlike other similar GPU-based approaches which apply usually 32-bit single-precision floating point arithmetics, we use 64-bit double-precision operations for better convergence. Applications on the CUDA platform are rather easy to implement but very hard to get optimized performances. In this regard, we also discuss the optimization strategy of the proposed method.
Kim, Ji-Hyun;Kim, Yeon-Uk;Do, Heon-Seok;Kwak, Kyung-Hwan
Journal of Environmental Impact Assessment
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v.30
no.3
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pp.141-154
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2021
In this study, the effect of the restoration of Yaksa stream and the construction of an apartment complex by the urban renewal project in the Yaksa district of Chuncheon on air quality in the surrounding area was evaluated using computational fluid dynamics (CFD) model simulations. In orderto compare the impact of the project, wind and pollutant concentration fields were simulated using topographic data in 2011 and 2017, which stand for the periods before and after the urban renewal project, respectively. In the numerical experiments, the scenarios were set to analyze the effect of the construction of the apartment complex and the effect of stream restoration. Wind direction and wind speed data obtained from the Chuncheon Automated Synoptic Observing System (ASOS) were used as the inflow boundary conditions, and the simulation results were weighted according to the frequencies of the eight-directional inflow wind directions. The changes in wind speed and NOX concentration distribution according to the changes in building and terrain between scenarios were compared. As a result, the concentration of NOX emitted from the surrounding roads increased by the construction of the apartment complex, and the magnitude of the increase was reduced as the result of including the effect of stream restoration. The concentration of NOX decreased around the restored stream, while the concentration increased significantly around the constructed apartment complex. The increase in the concentration of NOX around the apartment complex was more pronounced in the place located in the rear of the wind direction to the apartment complex, and the effect remains up to the height of the building. In conclusion, it was confirmed that the relative arrangement of apartment complex construction and stream restoration in relation to the main wind direction of the target area was one of the major factors in determining the surrounding air quality.
Jeong, In Seon;Lee, Chung Geon;Cho, La Hoon;Park, Sun Yong;Kim, Seok Jun;Kim, Dae Hyun;Oh, Jae-Heun
Journal of Bio-Environment Control
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v.30
no.4
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pp.278-286
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2021
In this study, based on the Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation model developed through previous study, inner environmenct of the modified glass greenhouse was predicted. Also, suggested the optimal shape of the greenhouse and location of the heat exchangers for heat energy management of the greenhouse using the developed model. For efficient heating energy management, the glass greenhouse was modified by changing the cross-section design and the location of the heat exchanger. The optimal cross-section design was selected based on the cross-section design standard of Republic of Korea's glass greenhouse, and the Fan Coil Unit(FCU) and the radiating pipe were re-positioned based on "Standard of greenhouse environment design" to enhance energy saving efficiency. The simulation analysis was performed to predict the inner temperature distribution and heat transfer with the modified greenhouse structure using the developed inner environment prediction model. As a result of simulation, the mean temperature and uniformity of the modified greenhouse were 0.65℃, 0.75%p higher than those of the control greenhouse, respectively. Also, the maximum deviation decreased by an average of 0.25℃. And the mean age of air was 18 sec. lower than that of the control greenhouse. It was confirmed that efficient heating energy management was possible in the modified greenhouse, when considered the temperature uniformity and the ventilation performance.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.5
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pp.251-259
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2016
This study examined the DO concentration distribution and ORP distribution using microbubbles on pilot-scale aeration tanks. As a result of MLSS mixing and oxygen transfer phenomenon using microbubbles, different DO concentrations were observed depending on the circulation of the liquid with the microbubble supply location on the lateral of an aeration tank. The simulation results of CFD (computational fluid dynamics) program showed that MLSS mixed with a microbubble supply in the middle the reactor is much better than on the left side of the reactor. A single reactor containing an anaerobic, anoxic, and aerobic zone, was evaluated without partition according to the location of the microbubble supply based on the experiments and CFD analysis. MLSS was separated into solid-liquid by the microbubble supply in the aeration tank. Consequently, selecting the appropriate microbubble size is important for MLSS mixing and was maintained at the proper DO concentration for biological treatment.
Eutrophication has occurred due to the inflow of various water pollutants in many Korean reservoirs with low depth, and algal blooms of surface layer and low oxygenation of deep layer have repeated every year. There are several existing technologies to alleviate the stratification of reservoirs, but it is difficult to apply them in field sites due to the necessity of electric power and low economic efficiency. In this study, a non-powered water circulation system using natural energy of wind and water flow has been developed, and two test-beds constructed in the reservoirs with different conditions and examined its field applicability. Through computational fluid dynamics (CFD) simulation, it has been shown that the water circulation system could induce the downward flow to mitigate the stratification between surface and deep layers, and its influence radius could reach about 30 m. As a result of long-term monitoring of the test-beds, various water quality improvement effects have been observed such as moderation of DO fluctuation by water circulation, reduction of DO supersaturation and prevention of excessive pH rising. In order to improve the applicability of the water circulation system, it is considered necessary to review countermeasures against flood and depth conditions of each reservoir.
The purpose of this study was to promote the utilization of wind velocity of kitchen and bathroom exhaust ducts for wind power generation in high-rise apartments. The research content can be summarized as follows: 1) Nine high-rise apartments were examined for the installation of kitchen and bathroom exhaust ducts located in the pipe shaft (PS) section. After selecting simulation candidates, a simulation was performed with the STAR-CCM+ Ver 5.06 program. 2) Of nine high-rise apartments, seven had kitchen and bathroom exhaust ducts, whose cross section was in the range of $0.16m^2{\sim}0.4m^2$. The area ratio between the exhaust ducts and PS section (cross section of exhaust duct/area of PS section ${\times}$ 100) was on average 3.2%. 3) The simulation results were analyzed. As a result, the smaller cross section kitchen and bathroom exhaust ducts had, the more advantages there were for increasing exhaust wind velocity. If an out air inlet duct is installed to the old kitchen and bathroom exhaust ducts, it will increase exhaust wind velocity by 3.01~3.98m/s and contribute to the proper wind velocity level (3.0m/s). 4) When the simultaneous usage rate between the kitchen and bathroom exhaust fan increased from 20% to 60%, exhaust wind velocity increased. The "entire house holds" condition for exhaust fan operation provided more even exhaust wind velocity than the "some house holds" condition. 5) Exhaust wind velocity increased in the order of amplified (T-3), induced (T-2) and vertical (T-1) top of kitchen and bathroom exhaust ducts. Of them, the amplified type (T-3) was under the least influence of external wind velocity and thus the most proper for kitchen and bathroom exhaust duct tops.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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