본 연구에서는 특정 해상도상에서 정의되는 유역의 모든 배수경로들로 구성되는 배수망을 도시하여 자연유역의 배수구조에 대한 기하학적 특성을 분석하여 보았다. 이를 위하여 Fractal 나무와 Horton의 법칙을 기반으로 분기에 의하여 조직되는 망상구조에 대하여 이론적 고찰을 수행하였다. 배수망의 작도에는 ArcGIS를 적용하였고 작도된 배수망에 대하여 Strahler의 차수기법에 따라 위상구조를 수립하여 차수별 배수구조의 기하학적 특성을 분석하고자 시도하여 보았다. Richardson의 방법에 따라 배수구조의 Fractal 특성을 분석해 본 결과 지표면유동과 하천유동 사이에는 개별적인 거동특성이 존재할 수 있음을 볼 수 있었고 자연유역의 하천망은 공간을 채워가는 Fractal 도형임을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과로부터 지표면유동을 포함한 망상구조에 대한 Fractal 이론을 실제유역에 적용하였을 경우 지금까지의 경험식에 의한 차수법칙과 상이한 결과를 나타냄을 알 수 있었다. 이의 결과들은 추후 망상구조의 결정에 크게 기여될 수 있으리라 판단된다.
Showerhead is used as a main part in the semiconductor equipment. The face plate flatness should remain constant and the cleaning performance must be gained to keep the uniformity level of etching or deposition in chemical vapor deposition process. High operating temperature or long period of thermal loading could lead the showerhead to be deformed thermally. In some case, the thermal deformation appears very sensitive to showerhead performance. This paper describes the methods for robust design using computational fluid dynamics. To reveal the influence of the post distribution on flow pattern in the showerhead cavity, numerical simulation was performed for several post distributions. The flow structure appears similar to an impinging flow near a centered baffle in showerhead cavity. We took the structure as an index to estimate diffusion path. A robust design to reduce the thermal deformation of showerhead can be achieved using post number increase without ill effect on flow. To prevent the showerhead deformation by heat loading, its face plate thickness was determined additionally using numerical simulation. The face plate has thousands of impinging holes. The design key is to keep pressure drop distribution on the showerhead face plate with the holes. This study reads the methodology to apply to a showerhead hole design. A Hagen-Poiseuille equation gives the pressure drop in a fluid flowing through such hole. The assumptions of the equation are the fluid is viscous-incompressible and the flow is laminar fully developed in a through hole. An equation can be expressed with radius R and length L related to the volume flow rate Q from the Hagen-Poiseuille equation, $Q={\pi}R4{\Delta}p/8{\mu}L$, where ${\mu}$ is the viscosity and ${\Delta}p$ is the pressure drop. In present case, each hole has steps at both the inlet and the outlet, and the fluid appears compressible. So we simplify the equation as $Q=C(R,L){\Delta}p$. A series of performance curves for a through hole with geometric parameters were obtained using two-dimensional numerical simulation. We obtained a relation between the hole diameter and hole length from the test cases to determine hole diameter at fixed hole length. A numerical simulation has been performed as a tool for enhancing showerhead robust design from flow structure. Geometric parameters for the design were post distribution and face plate thickness. The reinforced showerhead has been installed and its effective deposition profile is being shown in factory.
용존공기부상조의 파일럿실험장치 설계를 위한 사전 검증 작업으로서 부상조의 유동을 이차원 이상유동으로 가정하여 수치적으로 모사하였다. 형상이 변경된 다양한 부상조와 기준부상조와의 간접적인 성능 비교를 위하여 분리조에서의 하강속도를 비교하였다. 해석 결과 기준부상조의 분리조에서는 잘 설계된 High-rate DAF 의 전형적인 유동 패턴이 관찰되었다. 이러한 유동패턴은 Baffle 각도나 접촉조의 폭과 같은 다른 형상 변수와 상관없이 Baffle 이 충분히 높을 때 잘 유지되었다. 그러나 Baffle 높이 및 각도, 접촉조의 폭 및 다공판의 설치유무는 분리조에서 하강속도의 균일성에 영향을 미쳤다. 기준부상조에서 Baffle의 높이를 제외한 다른 형상을 변화시키지 않았을 때, 분리조에서의 하강속도가 균일한 것으로 나타났다. 이것은 기준부상조의 형상최적화가 잘 되어있음을 의미한다.
Han, Wanshui;Ma, Lin;Cai, C.S.;Chen, Suren;Wu, Jun
Wind and Structures
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제20권2호
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pp.249-274
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2015
Long-span cable-stayed bridges exhibit some features which are more critical than typical long span bridges such as geometric and aerodynamic nonlinearities, higher probability of the presence of multiple vehicles on the bridge, and more significant influence of wind loads acting on the ultra high pylon and super long cables. A three-dimensional nonlinear fully-coupled analytical model is developed in this study to improve the dynamic performance prediction of long cable-stayed bridges under combined traffic and wind loads. The modified spectral representation method is introduced to simulate the fluctuating wind field of all the components of the whole bridge simultaneously with high accuracy and efficiency. Then, the aerostatic and aerodynamic wind forces acting on the whole bridge including the bridge deck, pylon, cables and even piers are all derived. The cellular automation method is applied to simulate the stochastic traffic flow which can reflect the real traffic properties on the long span bridge such as lane changing, acceleration, or deceleration. The dynamic interaction between vehicles and the bridge depends on both the geometrical and mechanical relationships between the wheels of vehicles and the contact points on the bridge deck. Nonlinear properties such as geometric nonlinearity and aerodynamic nonlinearity are fully considered. The equations of motion of the coupled wind-traffic-bridge system are derived and solved with a nonlinear separate iteration method which can considerably improve the calculation efficiency. A long cable-stayed bridge, Sutong Bridge across the Yangze River in China, is selected as a numerical example to demonstrate the dynamic interaction of the coupled system. The influences of the whole bridge wind field as well as the geometric and aerodynamic nonlinearities on the responses of the wind-traffic-bridge system are discussed.
The optimal design code of an axial flow pump has been developed to determine geometric and fluid dynamic variables under hydrodynamic as well as mechanical design constraints. The design code includes the optimization of the complete radial distribution of the geometry by determining the coefficients of 2$^{nd}$ order polynomials to represent the three-dimensional geometry. The optimization problem has been formulated with a nonlinear multivariable objective function, maximizing the efficiency and stall margin, while minimizing the net positive suction head required. Calculation of the objective function is based on the mean streamline analysis and through-flow analysis using the present state-of-the-art model. The optimal solution is calculated using the penalty function method in which the genetic optimizer is employed. The optimized efficiency and design variables are presented in this paper as a function of non-dimensional specific speed in the range, 2$\leq$$n_{s}$$\leq$10. The results can be used in preliminary design of axial flow pumps.
As the computing environment is rapidly improved, the interests of CFD are gradually focused on large-scale computation over complex geometry. Keeping pace with the trend, essential computational tools to obtain solutions of complex aerospace flow analysis and design problems are examined. An accurate and efficient flow analysis and design codes for large-scale aerospace problem are presented in this work. With regard to original numerical schemes for flow analysis, high-fidelity flux schemes such as RoeM, AUSMPW+ and higher order interpolation schemes such as MLP (Multi-dimensional Limiting Process) are presented. Concerning the grid representation method, a general-purpose basis code which can handle multi-block system and overset grid system simultaneously is constructed. In respect to design optimization, the importance of turbulent sensitivity is investigated. And design tools to predict highly turbulent flows and its sensitivity accurately by fully differentiating turbulent transport equations are presented. Especially, a new sensitivity analysis treatment and geometric representation method to resolve the basic flow characteristics are presented. Exploiting these tools, the capability of the proposed approach to handle complex aerospace simulation and design problems is tested by computing several flow analysis and design problems.
Effects of dam and weir on the fluid flow and behavior of inclusions in the continuous casting tundish have been studied using the CFD (Computational Fluid Dynamics) technique. Inclusions affecting the quality of steel products have been considered to be passive: the fluid flow has been obtained for unstaggered grid points defined on body-fitted generalized cuvilinear coordinates with no attention on inclusions, and the spatial propagation of inclusions has been determined by using the flow field data. The result show that the dam and weir direct the flow to the free surface and increase the residence time of inclusions significantly, and thereby that inclusions have much more chance to be floated to the free surface of the tundish where it is eliminated. It is also found that they offer more margin on the geometric design of exit nozzles connected to moulds. This finding is particularly important for twin casting operations where the quality of steel products from the two moulds be kept uniformly.
In the field of yarn dyeing, the most generally employed method is a type of package dyeing which uses a package cheesesstacked on a spindle made of a perforated tube. Spindles up to now, have been designed without considering the characteristics of dyeing liquid, focusing only on the geometric configuration which cause many problems such as lack of level dyeing. To improve the level dyeing and find the appropriate spindle configuration for the most effective dyeing process, this study examines the spindle flow-field in detail, using a computational method. Flow characteristics inside the spindle have been investigated with varying in porosity, porous diameter and the velocity of the flow. The results show that the total pressure of the flow through the spindle is used to overcome body force. The characteristics of the flow from the porous spindle could also be observed. Based on the results from this study, an effective spindle configuration for level-dyeing has been proposed.
A combined theoretical and numerical study is conducted to design a slit nozzle for large-area liquid coating. The objectives are to guarantee the uniformity in the injected flow and to provide the capability of explicit control of flow rate. The woking fluid is a dilute aqueous solution containing single-walled carbon nanotubes and its low viscosity and the presence of dispersed materials pose technical hurdles. A theoretical analysis leads to a guideline for the geometric design of a slit nozzle. The CFD-based numerical experiment is employed as a verification tool. A new flow passage unit, connected to the nozzle chamber, is proposed to permit the control of flow rate by using the commodity pressurizer. The numerical results confirm the feasibility of this idea. The optimal geometry of internal structure of the nozzle has been searched for numerically and the related issues are discussed.
Development of surface heating technology using hot jet impingement onto mold inner surface for improvement of pattern transcription. This study is focused on how to control the parameters related to hot jet impingement. The mass flow rate, the jet temperature and the duration of the impingement are major parameters. The nozzle design and other geometric configurations also affect the heat transfer to the surface. In terms of heat transfer analysis, the most important number is the heat transfer coefficient, which is influenced by the mass flow rate, nozzle design, distance between the nozzle tip and the surface. In summary, several parametric studies using the developed model are conducted to investigate the effects of mass flow rate, jet temperature and Heating Time in Surface heating technology using hot jet impingement onto mold.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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