For rarefied gas flow regimes, physical phenomena such as velocity slip and temperature jump occur on the solid body surface. To predict these phenomena accurately, either the Navier-Stokes solver with a slip boundary condition or the direct simulation Monte Carlo method should be used. In the present study, flow simulations of a wedge were conducted in Mach-10 flow of argon gas for several different flow regimes using a two-dimensional Navier-Stokes solver with the Maxwell slip boundary condition. The results of the simulations were compared with those of the direct simulation Monte Carlo method to assess the present method. It was found that the values of the velocity slip and the temperature jump predicted increase as the Knudsen number increases. Also, the results are comparatively reasonable up to the Knudsen number of 0.05.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.6
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pp.860-869
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2000
Numerical and experimental investigations are performed for the molecular transition and slip flows in pumping channels of a disk-type drag pump. The flow occurring in the pumping channel develops from the molecular transition to the slip flow traveling downstream. Two different numerical methods are used in this analysis: the first one is a continuum approach in solving the Navier-Stokes equations with slip boundary conditions, and the second one is a stochastic approach through the use of the direct simulation Monte Carlo method. In the experimental study, the inlet pressures are measured for various outlet pressures in the range of 0.1{\sim}4Torr. From the present study, the numerical results of predicting the performance, obtained by both methods, agree well with the experimental data for the range of Knudsen number $Kn{\leq}0.1$ (i.e., the slip flow regime). But the results from the second method only agree with the experimental data for Kn>0.1(i.e., the molecular transition regime)
Ivanovich, Khlopkov Yuri;Myint, Zay Yar Myo;Yurievich, Khlopkov Anton
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.3
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pp.215-221
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2013
The basic quantitative tool for the study of hypersonic rarefied flows is the direct simulation Monte Carlo method (DSMC). The DSMC method requires a large amount of computer memory and performance and is unreasonably expensive at the first stage of spacecraft design and trajectory analysis. A possible solution to this problem is approximate engineering methods. However, the Monte Carlo method remains the most reliable approach to compare to the engineering methods that provide good results for the global aerodynamic coefficients of various geometry designs. This paper presents the calculation results of aerodynamic characteristics for spacecraft vehicles in the free molecular, the transitional and the continuum regimes using the local engineering method. Results and methods would be useful to calculate aerodynamics for new-generation hypersonic vehicle designs.
The recent Multiple Lapse Time Window (MLTW) analysis of Korean Peninsula event showed that the focal depth was far greater influence factor than the velocity structure of the model, applying the analysis of the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method. Thus, using the events with focal depth of about 10 km, this study considered 330 paths connecting 41 events and 71 stations, and re-examined uniform and depth-dependent velocity models previously studied. As a result, the residual of misfit function greatly decrease from analytic model to DSMC model, reflecting variation of the focal depth from 0 to 10 km. On the other hand, the difference of residuals for each velocity model were relatively small.
Sung Jaeyong;Ahn Youngkyoo;Lee Sukjong;Lee Myeong Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.1
s.244
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pp.1-7
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2006
The characteristics of micro gaseous flows in microchannels have been analyzed in view of flow resistance using the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method which is a molecule-based numerical modeling technique. For this purpose, a DSMC code where the pressure boundary condition was specified at the inlet and outlet, has been developed and the results of simulations showed satisfactory agreements with the analytic solution in the slip flow regime. (0.01 < Kn < 0.1) By varying the height and length of the microchannel, the effect of pressure difference between the inlet and outlet was examined. The present computation indicates that the curvature in pressure distribution along the channel increases due to the effect of compressibility when the pressure difference increases. To obtain the flow resistance regardless of the channel dimensions, a standard curve is devised in the present study by introducing the concept of unit mass flowrate and unit driving pressure force. From this curve, it is shown that in micro flows, a significant deviation from the laminar incompressible flow occurs by reducing the flow resistance.
Mars exploration demands aerodynamic computations for a proper design of missions of spacecraft carrying instruments and astronauts to Mars. Both Computational Fluid Dynamics (CFD) and Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) method play a key role for this purpose. To the author's knowledge, the altitude separating the fields of applicability of CFD and DSMC in Mars atmosphere entry is not yet clearly defined. The limitations in using DSMC at low altitudes are due to technical limitations of the computer. The limitations in using CFD at high altitudes are due to thermodynamic non-equilibrium. Here, this problem is studied in Mars atmosphere entry, considering the Mars Pathfinder capsule in the altitude interval 40-80 km, by means of a DSMC code. Non-equilibrium is quantified by the relative differences between translational temperature and: rotational (θt-r), vibrational (θt-v), overall (θt-ov) temperatures, anisotropy is quantified by the relative difference between the translational temperature component along x and those along y (θx-y) and along z (θx-z). The results showed that θt-r, θt-v, θx-y, θx-z are almost equivalent. The altitude of 45 km should be the limit altitude for a proper use of a CFD code and the altitude of 40 km should be the limit altitude for a reasonable use of a DSMC code.
Jeong Yun Won;Park Jong Bae;Shin Joong Rin;Chae Myung Suk
Proceedings of the KIEE Conference
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summer
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pp.666-670
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2004
This paper presents a new approach for determining an accurate incentive levels of Direct Load Control (DLC) program using sequential Monte Carlo Simulation (MCS) techniques. The economic analysis of DLC resources needs to identify the hourly-by-hourly expected energy-not-served resulting from the random outage characteristics of generators as well as to reflect the availability and duration of DLC resources, which results the computational explosion. Therefore, the conventional methods are based on the scenario approaches to reduce the computation time as well as to avoid the complexity of economic studies. In this paper, we have developed a new technique based on the sequential MCS to evaluate the required expected load control amount in each hour and to decide the incentive level satisfying the economic constraints. And also the proposed approach has been considered multi-state as well as two-state of the generating units. In addition, we have applied the variance reduction technique to enhance the efficiency of the simulation. To show the efficiency and effectiveness of the suggested method the numerical studies have been performed for the modified IEEE reliability test system.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.9
no.2
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pp.8-18
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2001
The direct simulation Monte Carlo Method is applied to investigate the two-dimensional flow fields of a turbomolecular pump(TMP) in both molecular and transition flow regions. The pumping characteristics of the TMP are investigated for a wide range of the Knudsen number. The maximum of compression ratio and of pumping speed strongly depend on the Knudsen number in transition region, while they weakly depend on the Knudsen number in free molecular flow region. The present numerical results show good agreement with the previously known experimental data. Finally. the results of the single blade row in both molecular and transition regions are used to predict the overall performance of a TMP, which has three kinds of blade with 24-rows.
The Monte Carlo Simulation (MCS) based seismic fragility analysis (SFA) approach allows defining more realistic relationship between failure probability and seismic intensity. However, the approach requires simulating large number of nonlinear dynamic analyses of structure for reliable estimate of fragility. It makes the approach computationally challenging. The response surface method (RSM) based metamodeling approach which replaces computationally involve complex mechanical model of a structure is found to be a viable alternative in this regard. An adaptive moving least squares method (MLSM) based RSM in the MCS framework is explored in the present study for efficient SFA of existing structures. In doing so, the repetition of seismic intensity for complete generation of fragility curve is avoided by including this as one of the predictors in the response estimate model. The proposed procedure is elucidated by considering a non-linear SDOF system and an existing reinforced concrete frame considered to be located in the Guwahati City of the Northeast region of India. The fragility results are obtained by the usual least squares based and the proposed MLSM based RSM and compared with that of obtained by the direct MCS technique to study the effectiveness of the proposed approach.
Kim, Hyeong-Joo;Lee, Kwang-Hyung;Jamin, Jay C.;Mission, Jose Leo C.
Geomechanics and Engineering
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v.7
no.5
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pp.525-537
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2014
The typical design of ground improvement with prefabricated vertical drains (PVD) and surcharge preloading involves a series of deterministic analyses using averaged or mean soil properties for the various combination of the PVD spacing and surcharge preloading height that would meet the criteria for minimum consolidation time and required degree of consolidation. The optimum design combination is then selected in which the total cost of ground improvement is a minimum. Considering the variability and uncertainties of the soil consolidation parameters, as well as considering the effects of soil disturbance (smear zone) and drain resistance in the analysis, this study presents a stochastic cost optimization of ground improvement with PVD and surcharge preloading. Direct Monte Carlo (MC) simulation and importance sampling (IS) technique is used in the stochastic analysis by limiting the sampled random soil parameters within the range from a minimum to maximum value while considering their statistical distribution. The method has been verified in a case study of PVD improved ground with preloading, in which average results of the stochastic analysis showed a good agreement with field monitoring data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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