이 연구의 목적은 제 6차 교육과정에 의한 중학교 1학년 과학 교과서 분별 증류 실험의 문제점을 파악하고, 중학생들이 분별 증류 실험을 능률적으로 수행할 수 있는 실험 방법을 제시하고자 하는 것이다. 이를 위한 첫 번째 단계로서 현재 사용되고 있는 8종의 과학 교과서를 분별 증류 실험 장치와 액체 혼합물의 종류에 따라 6가지로 분류하였다. 두 번째 단계로서 액체 혼합물을 가열 방법에 따라 직접 가열과 물 중탕 가열로 나누어 교과서 실험과정에 따라 같은 실험을 세 번 실시하였다. 세 번재 단계로서 실험 결과의 문제점을 해결하기 위한 대안 실험을 실시하였다. 대안 실험에서는 알코올 램프로 직접가열 하는 방법과 기름 중탕으로 가열하는 방법, 그리고 가열 맨틀을 사용하여 가열하는 방법을 사용하였다. 연구결과, 가지달린 둥근 플라스크를 직접 가열하는 실험 결과가 가지 달린 시험관을 물 중탕으로 가열하는 실험 결과보다 이론적인 결과에 근접하였다. 그리고 가지 달린 둥근 플라스크를 직접 가열하는 실험에서 플라스크 윗 부분을 보온해 주는 실험이 보온하지 않은 실험보다 실험 결과가 더 나았다. 대안 실험에서는 액체 혼합물의 증류 온도 증가를 보면서 가열 맨틀의 가열 온도를 올려 준 실험의 결과가 이론적인 결과에 가장 가까웠다. 이러한 연구 결과로부터 가지 달린 시험관을 물 중탕으로 가열하는 분별 증류 실험장치는 탐구실험 수업에 부적절한 것이므로 개선이 요구되며, 중학교 과학실 여건을 고려할 때, 액체 혼합물의 증류 온도 증가를 보면서 가열 맨틀의 가열 온도를 변화시키는 분별 증류 실험이 가장 능률적인 방법임을 알 수 있었다.
IB (immersed boundary) method is one of the prominent tool in computational fluid dynamics for the analysis of flows over complex geometries. The IB technique simplyfies the solution procedure by eliminating the requirement of complex body fitted grids and it is also superior in terms of memory requirement. In this study we have developed numerical code (FOTRAN) for the analysis of 2D flow over a cylinder using IB technique. The code is validated by comparing the wake lengths and separation angles given by Guo et. al. We employed fractional-step procedure for solving the Navier-Stokes equations governing the flow and discrete forcing IB technique for imposing boundary conditions. Also we have developed a 3D code for the backward-facing-step flow and flow over a sphere. The reattachment length in backward-facing-step flow was compared with the one given by Nie and Armaly, which has proven the validity of our code.
좌표변환된 측방향 평균 X-Z 수치모형을 수립하여 하구에서 염도확산을 분석하였다. 중력항과 깊이에 따른 밀도변화에 대한 검토와 염도 경계조건의 재평가 등이 이루어 졌으며, 특히 지배방정식중 확산항의 처리에 시간분별방법(fractional step method)을 이용하여 수치해의 안정성 및 간편성을 도모하였다. 개발된 모형을 금강하구에 실제 적용하여 Manning 계수·확산계수 등의 물리적 및 수치적인 특성을 조명하였고, 염도 확산범위를 비롯하여 갈수기의 영향과 대조 및 소조시 염도분포도 파악하였다.
Bifurcation of unstable symmetric flow patterns to stable asymmetric ones in laminar sudden-expansion flow has been numerically investigated. Computations were carried out for an expansion ratio of 3 and over a range of the flow Reynolds numbers by using numerical methods of second-order time accuracy and a fractional-step method that guarantees divergence-free flowfields at all times. The critical Reynolds number above which bifurcation of pitchfork type to asymmetric flow pattern takes place is lower in a flow with a higher expansion ratio, in agreement with the previously reported results. The bifurcation diagrams show that the bifurcation takes place at a Reynolds number, $Re_c = 86.3$, higher than the value that has been reported. The lower critical Reynolds number may be due to deficiencies in their computations which employed SIMPLE-type relaxation methods rather than the initial-value approach of the present study. Characteristics of the flow development during the transition to asymmetric stable flow have been investigated by using spectral analysis of the velocity signals obtained by the simulations.
Viscoelastic damping materials are widely used to reduce noise and vibration because of its low cost and easy implementation, for examples, on the body structure of passenger cars, air planes, electric appliances and ships. To design the damped structures, the material property such as elastic modulus and loss factor is essential information. The four-parameter fractional derivative model well describes the nonlinear dynamic characteristics of the viscoelastic damping materials with respect to both frequency and temperature with fewer parameters than conventional spring-dashpot models. However the identification procedure of the four-parameter is very time-consuming one. An efficient identification procedure of the four-parameters is proposed by using an FE model and a gradient-based numerical search algorithm. The identification procedure goes two sequential steps to make measured FRFs coincident with simulated FRFs: the first one is a peak alignment step and the second one is an amplitude adjustment. A numerical example shows that the proposed method is efficient and robust in identifying the viscoelastic material parameters of fractional derivative model.
In the present study, a parallel Taylor-Galerkin/level set based two-phase flow code was developed using finite element discretization and domain decomposition method based on MPI (Message Passing Interface). The proposed method can be utilized for the analysis of a large scale free surface problem in a complex geometry due to the feature of FEM and domain decomposition method. Four-step fractional step method was used for the solution of the incompressible Navier-Stokes equations and Taylor-Galerkin method was adopted for the discretization of hyperbolic type redistancing and advection equations. A Parallel ILU(0) type preconditioner was chosen to accelerate the convergence of a conjugate gradient type iterative solvers. From the present parallel numerical experiments, it has been shown that the proposed method is applicable to the simulation of large scale free surface flows.
비보존성 오염물질의 종확산에 관한 수치모형을 개발하였다. 계산기법으로는 종확산 방정식을 이송, 감쇠 및 확산 방정식으로 분리하고, 이들 방정식을 1/3 시간 간격에 대하여 번갈아 계산하는 단계분리 유한차분기법을 사용하였다. 이송방정식에 대해서는 Holly-Preissmann 기법을, 감쇠방정식에 대해서는 해석적 방법을, 확산방정식에 대해서는 Crank-Nicholson 기법을 각각 사용하였다. 오염물질이 불균일 흐름 내로 연속적으로 유입되는 경우 및 균일 흐름 내로 순간적으로 부하되는 경우에 대한 종확산 문제에 모형을 적용하여 계산결과를 정확해와 비교함으로써 모형을 검증하였다. 또한 감쇠방정식의 수치해법으로써 Euler 방법을 사용하는 기존의 모형에 계산결과를 비교하였다. 감쇠계수가 커질수록 본 모형이 기존의 모형에 비하여 더욱 정확한 계산결과를 나타내었다.
In the present study, a CFD program based on a finite volume method was developed by using an unstructured polyhedral grid system for the accurate simulation with the complex geometry of computational domain. To simulate the transient flow induced by the moving solid object, the program used a fractional step method and a ALE (Algebric Lagrangian-Eulerian) method. The grid deformation for the moving of solid object were performed with a spring analogy based on the center coordinate of each computational grid. To verify the present program with these methodologies, the numerical results of the flow around the fixed and oscillating circular cylinder were compared with the previous numerical results.
Flow characteristics of the fluid laden with many particles in the two-dimensional channel are investigated using the Navier-Stokes equations coupled with the equation of motion of particles by direct numerical simulation. A four-step fractional step method with Crank-Nicolson scheme and ALE technique is used for P2P1 mixed finite element method. The motion and distribution of particles in the fluid is virtually described as a result of direct numerical simulation and the increase of viscosity is compared with theoretical equations. The effect of channel height on the relative viscosity and the tubular pinch effect are discussed.
This paper presents how redevelopment of the boundary layer in a backward-facing step flow is affected by boundary conditions imposed on velocity at the inlet, top and exit of the flow. A two-dimensional, laminar, incompressible flow over a backward-facing step with an open top boundary has been computed by using numerical methods of second-order time and spatial accuracy and a fractional-step method that guarantees a divergence-free velocity field at all time. The inlet velocity profile above the step is of Blasius type. Along the top boundary, shear-tree and Dirichlet conditions on the streamwise velocity were considered and at the exit fully-developed and convective boundary conditions were examined. (The vertical velocity at all boundaries were assumed to be zero explicitly or implicitly.) From the computed flow fields, the reattachment on the bottom side of shear layer separated from the tip of the step and succeeding redevelopment of the boundary layer were investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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