Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.7
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pp.1231-1237
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2022
In the present study, the optimization of the main particulars of a ship using AI-based design search techniques was investigated. For the design search techniques, the SHERPA algorithm by HEEDS was applied, and CFD analysis using STAR-CCM+ was applied for the calculation of resistance performance. Main particulars were automatically transformed by modifying the main particulars of the ship at the stage of preprocessing using JAVA script and Python. Small catamaran was chosen for the present study, and the main dimensions of the length, breadth, draft of demi-hull, and distance between demi-hulls were considered as design variables. Total resistance was considered as an objective function, and the range of displaced volume considering the arrangement of the outfitting system was chosen as the constraint. As a result, the changes in the individual design variables were within ±5%, and the total resistance of the optimized hull form was decreased by 11% compared with that of the existing hull form. Throughout the present study, the resistance performance of small catamaran could be improved by the optimization of the main dimensions without direct modification of the hull shape. In addition, the application of optimization using design search techniques is expected for the improvement in the resistance performance of a ship.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.6
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pp.681-687
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2023
The selection technique for optimal operation position selection technique is used to present the initial bow and stern draft with minimum resistance, for achievingthat is, the optimal fuel consumption efficiency at a given operating displacement and speed. The main purpose of this studypaper is to develop a program to select the optimal operating position with maximum energy efficiency under given operating conditions based on the effective power data of the target ship. This program was written as a Python-based GUI (Graphic User Interface) usingbased on artificial intelligence techniques sucho that ship owners could easily use the GUIit. In the process, tThe introduction of the target ship, the collection of effective power data through computational fluid dynamics (CFD), the learning method of the effective power model using deep learning, and the program for presenting the optimal operation position using the deep neural network (DNN) model were specifically explained. Ships are loaded and unloaded for each operation, which changes the cargo load and changes the displacement. The shipowners wants to know the optimal operating position with minimum resistance, that is, maximum energy efficiency, according to the given speed of each displacement. The developed GUI can be installed on the ship's tablet PC and application and used to determineselect the optimal operating position.
A new method of numerical simulating prediction and decontamination effect evaluation for abrasive jet decontamination to radioactively contaminated metal is proposed. Based on the Computational Fluid Dynamics and Discrete Element Model (CFD-DEM) coupled simulation model, the motion patterns and distribution of abrasives can be predicted, and the decontamination effect can be evaluated by image processing and recognition technology. The impact of three key parameters (impact distance, inlet pressure, abrasive mass flow rate) on the decontamination effect is revealed. Moreover, here are experiments of reliability verification to decontamination effect and numerical simulation methods that has been conducted. The results show that: 60Co and other homogeneous solid solution radioactive pollutants can be removed by abrasive jet, and the average removal rate of Co exceeds 80%. It is reliable for the proposed numerical simulation and evaluation method because of the well goodness of fit between predicted value and actual values: The predicted values and actual values of the abrasive distribution diameter are Ф57 and Ф55; the total coverage rate is 26.42% and 23.50%; the average impact velocity is 81.73 m/s and 78.00 m/s. Further analysis shows that the impact distance has a significant impact on the distribution of abrasive particles on the target surface, the coverage rate of the core area increases at first, and then decreases with the increase of the impact distance of the nozzle, which reach a maximum of 14.44% at 300 mm. It is recommended to set the impact distance around 300 mm, because at this time the core area coverage of the abrasive is the largest and the impact velocity is stable at the highest speed of 81.94 m/s. The impact of the nozzle inlet pressure on the decontamination effect mainly affects the impact kinetic energy of the abrasive and has little impact on the distribution. The greater the inlet pressure, the greater the impact kinetic energy, and the stronger the decontamination ability of the abrasive. But in return, the energy consumption is higher, too. For the decontamination of radioactively contaminated metals, it is recommended to set the inlet pressure of the nozzle at around 0.6 MPa. Because most of the Co elements can be removed under this pressure. Increasing the mass and flow of abrasives appropriately can enhance the decontamination effectiveness. The total mass of abrasives per unit decontamination area is suggested to be 50 g because the core area coverage rate of the abrasive is relatively large under this condition; and the nozzle wear extent is acceptable.
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.
Centrifugal pump is a facility that transfers energy to fluid through centrifugal force, which is usually generated by rotating the impeller at high speed, and is a major process facility used in many LNG production bases such as vaporization seawater pump, industrial water and fire extinguishing pump using seawater. to be. Currently, pumps in LNG plant sites are subject to operating conditions that vary depending on the amount of supply desired by the customer for a long period of time. Pumps in particular occupy a large part of the consumption strategy at the plant site, and if the optimum operation condition is not available, it can incur enormous energy loss in long term plant operation. In order to solve this problem, it is necessary to identify the performance deterioration factor through the flow analysis and the result analysis according to the fluctuations of the pump's operating conditions and to determine the optimal operation efficiency. In order to evaluate operation efficiency through experimental techniques, considerable time and cost are incurred, such as on-site operating conditions and manufacturing of experimental equipment. If the performance of the pump is not suitable for the site, and the performance of the pump needs to be reduced, a method of changing the rotation speed or using a special liquid containing high viscosity or solids is used. Especially, in order to prevent disruptions in the operation of LNG production bases, a technology is required to satisfy the required performance conditions by processing the existing impeller of the pump within a short time. Therefore, in this study, the rotation difference of the pump was applied to the ANSYS CFX program by applying the modified 3D modeling shape. In addition, the results obtained from the flow analysis and the curve fitting toolbox of the MATLAB program were analyzed numerically to verify the outer diameter correction theory.
Permeation grouting effectively enhances soil strength and decreases permeability of soil; however, the flow of grout is heavily affected by anisotropy of hydraulic conductivity in layers. Therefore, this study investigates the effect of permeability anisotropy on the effective radius of horizontal permeation grout using computational fluid dynamics (CFD). We modeled the horizontal permeation grout flow as a two-phase viscous fluid flow in porous media, and the model incorporated the chemical diffusion and the viscosity variation due to hardening. The numerical simulation reveals that the permeability anisotropy shapes the grout bulb to be elliptic and the dissolution-driven diffusion causes a gradual change in grout pore saturation at the edge of the grout bulb. For the grout pore saturations of 10%, 50% and 90%, the horizontal and vertical radii of grout bulb are estimated when the horizontal-to-vertical permeability ratio varies from 0.01 to 100, and the predictive model equations are suggested. This result contributes to more efficient design of injection strategy in formation layers with permeability anisotropy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.11
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pp.745-753
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2016
Micro methanol-steam reformer for fuel cell can effectively produce hydrogen as reforming response to steam takes place in low temperature (less than $250^{\circ}C$). This study conducted numerical research on this reformer. First, study set wall temperature of the reformer at 100, 140, 180 and $220^{\circ}C$ while methanol conversion efficiency was set in 0, 0.072, 3.83 and 46.51% respectively. Then, porosity of catalyst was set in 0.1, 0.35, 0.6 and 0.85 and although there was no significant difference in methanol conversion efficiency, values of pressure drop were 4645.97, 59.50, 5.12 and 0.45 kPa respectively. This study verified that methanol-steam reformer rarely responds under the temperature of $180^{\circ}C$ and porosity does not have much effect on methanol conversion efficiency if the fluid flowing through reformer lowers activation energy by sufficiently contacting reformer.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.7
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pp.54-62
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2016
The most efficient system for converting heat to electricity, AMTEC (Alkali Metal Thermal-to-Electric Convertor), is a device that directly converts heat energy to electricity using an alkali metal (sodium) as the working fluid. The AMTEC consists of a low pressure chamber, high pressure chamber, BASE (Beta-Alumina Solid Electrolyte), and artery wick. The main heat loss of the AMTEC system occurs in the low pressure chamber. A high power generation rate is thought to be obtainable by using a high temperature in the BASE. Therefore, to reduce the radiation heat loss, 6 types of radiation shields were examined to reduce the radiative heat loss in the low pressure chamber. The power generation rate of the AMTEC varied depending on the shape of the radiation shield. CFD (Computational Fluid Dynamics) analyses were carried out to optimize the shape of the radiation shield. As a result, the optimum radiation shield was found to consist of a curvature formed at the vertical point, in which case the dimensionless temperature (condenser temperature/BASE temperature) is approximately 0.665 and the maximum power generated is calculated to be 17.69W. Increasing the distance beween the BASE and condenser leads to an increase in the power generated, and the power generated with the longest distance was 17.58 W. The shields with multiple holes and multiple horizontal layers showed power reduction rates of 0.91 W and 2.06 W, respectively.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.10
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pp.618-627
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2016
This study numerically analyzes the characteristics of the velocity distribution for each location of a square-sectional $180^{\circ}$ bent duct using a Reynolds Stress Turbulent model. The flow parameters were varied, including the working fluids, inlet velocity, surface roughness, radius of curvature, and hydraulic diameter. The boundary conditions for computational fluid dynamics analysis were inlet temperatures of air and water of 288 K and 293 K, inlet air velocity of 3-15 m/s, inner surface roughness of 0-0.001 mm, radius of curvature of 2.5-4.5 D, and hydraulic diameter of 70-100 mm. The working fluid characteristics were highly affected by changes in the viscous force. The maximum velocity profiles in the bent duct were indicated when the $90^{\circ}$ section was in the region of X/D=0.8 and the $180^{\circ}$ section was in the region of Y/D=0.8. Lower surface roughness and higher radius of curvature resulted in a higher rate of velocity change. Also, an efficient measuring location downstream of the bent duct is suggested since the flow deviations were the most stable when the straight duct length was in the region of L/D=30. The minimum deviations at the same velocity conditions according to the hydraulic diameter were mostly indicated in the range of L/D=15-30 based on the standard deviation characteristics.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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