Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.13
no.6
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pp.1034-1042
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2010
This study investigates effects of three different parameterizations of vertical mixing scheme on upper ocean simulation of the East Sea, focusing on the seasonal variations of the sea surface temperature(SST) and the mixed layer depth(MLD) using an ocean general circulation model(GFDL MOM1.1). The considered vertical mixing schemes are the Laplacian scheme(L scheme) that use a constant eddy coefficient, the Mellor-Yamada scheme(MY scheme), and a new scheme(Noh scheme). The Noh scheme, a second-order turbulence closure, was developed considering recent observational evidences such as the enhancement of turbulent kinetic energy near the sea surface. During summer L scheme underestimates the SST, while MY scheme overestimates the SST, compared to climatological SST. Noh scheme produces the SST in better agreement with climatological one. During winter all schemes overestimate the SST up to $4^{\circ}C$ compared to climatological SST. Vertical profiles of the basin-mean temperature show that L scheme produces higher temperature below the thermocline than those of other schemes. The winter MLD simulated from L scheme is rather large compared to that from other schemes, but the differences in MLD during summer are not significant.
This paper investigates the characteristics of turbulence schemes. Turbulence closures are fundamental for modeling the atmospheric diffusion, transport and dispersion in the boundary layer. In particular, in non-homogeneous conditions, a proper description of turbulent transport in planetary boundary layer is fundamental aspect. This study is based on the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) and combines four different turbulence schemes to assess if the different schemes have a impact on simulation results of vertical profiles. Two of these schemes are Isotropc Deformation scheme (I.Def) and Anisotropic deformation scheme (A.Def) that are simple local scheme based on Smagorinsky scheme. The other two are Mellor-Yamada scheme (MY2.5) and Deardorff TKE scheme (D.TKE) that are more complex non-local schemes that include a prognostic equation for turbulence kinetic energy. The simulated potential temperature, wind speed and mixing ratio are compared against radiosonde observations from the study region. MY2.5 shows consistently reasonable vertical profile and closet to observation. D.TKE shows good results under relatively strong synoptic condition especially, mixing ratio simulation. Validation results show that all schemes consistently underestimated wind speed and mixing ratio but, potential temperature was somewhat overestimated.
Park, Sang-Min;Heo, Tae-Young;Park, Jun-Gyu;Jun, Hang-Bae
Environmental Engineering Research
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v.21
no.4
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pp.365-372
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2016
The effects of hydrodynamics and alum dose on particle growth were investigated by monitoring particle counts in a rapid mixing process. Experiments were performed to measure the particle growth and breakup under various conditions. The rapid mixing scheme consisted of the following operating parameters: Velocity gradient (G) ($200-300s^{-1}$), alum dose (10-50 mg/L) and mixing time (30-180 s). The Poisson regression model was applied to assess the effects of the doses and velocity gradient with mixing time. The mechanism for the growth and breakup of particles was elucidated. An increase in alum dose was found to accelerate the particle count reduction. The particle count at a G value of $200s^{-1}$ decreased more rapidly than those at $300s^{-1}$. The growth and breakup of larger particles were more clearly observed at higher alum doses. Variations of particles due to aggregation and breakup of micro-flocs in rapid mixing step were interactively affected by G, mixing time and alum dose. Micro-flocculation played an important role in a rapid mixing process.
Vertical and horizontal mixing processes in the ocean mixed layer determine sea surface temperature and temperature variability. Accordingly, simulating these processes properly is crucial in order to obtain more accurate climate simulations and more reliable future projections using an ocean general circulation model (OGCM). In this study, by using Modular Ocean Model version 4 (MOM4) developed by Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, the upper ocean temperature and mixed layer depth were simulated with two different vertical mixing schemes that are most widely used and then compared. The resultant differences were analyzed to understand the underlying mechanism, especially in the Tropical Pacific Ocean where the differences appeared to be the greatest. One of the schemes was the so-called KPP scheme that uses K-Profile parameterization with nonlocal vertical mixing and the other was the N scheme that was rather recently developed based on a second-order turbulence closure. In the equatorial Pacific, the N scheme simulates the mixed layer at a deeper level than the KPP scheme. One of the reasons is that the total vertical diffusivity coefficient simulated with the N scheme is ten times larger, at maximum, in the surface layer compared to the KPP scheme. Another reason is that the zonal current simulated with the N scheme peaks at a deeper ocean level than the KPP scheme, which indicates that the vertical shear was simulated on a larger scale by the N scheme and it enhanced the mixed layer depth. It is notable that while the N scheme simulates a deeper mixed layer in the equatorial Pacific compared to the KPP scheme, the sea surface temperature (SST) simulated with the N scheme was cooler in the central Pacific and warmer in the eastern Pacific. We postulated that the reason for this is that in the central Pacific atmospheric forcing plays an important role in determining SST and so does a strong upwelling in the eastern Pacific. In conclusion, what determines SST is crucial in interpreting the relationship between SST and mixed layer depth.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.18
no.3
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pp.111-121
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2013
Accurate prediction of sea water temperature has been emphasized to make precise local weather forecast and to understand change of ecosystem. The Yellow Sea, which has turbid water and strong tidal current, is an unique shallow marginal sea. It is essential to include the effects of the turbidity and the strong tidal mixing for the realistic simulation of temperature distribution in the Yellow Sea. Evaluation of ocean circulation model response to vertical mixing scheme and turbidity is primary objective of this study. Three-dimensional ocean circulation model(Regional Ocean Modeling System) was used to perform numerical simulations. Mellor- Yamada level 2.5 closure (M-Y) and K-Profile Parameterization (KPP) scheme were selected for vertical mixing parameterization in this study. Effect of Jerlov water type 1, 3 and 5 was also evaluated. The simulated temperature distribution was compared with the observed data by National Fisheries Research and Development Institute to estimate model's response to turbidity and vertical mixing schemes in the Yellow Sea. Simulations with M-Y vertical mixing scheme produced relatively stronger vertical mixing and warmer bottom temperature than the observation. KPP scheme produced weaker vertical mixing and did not well reproduce tidal mixing front along the coast. However, KPP scheme keeps bottom temperature closer to the observation. Consequently, numerical ocean circulation simulations with M-Y vertical mixing scheme tends to produce well mixed vertical temperature structure and that with KPP vertical mixing scheme tends to make stratified vertical temperature structure. When Jerlov water type is higher, sea surface temperature is high and sea bottom temperature is low because downward shortwave radiation is almost absorbed near the sea surface.
A constitutive model on oorthotropic thermo-elasto-viscoplasticity for fiber-reinforced composite materials Is illustrated, and their thermomechanical responses are predicted with the fully-coupled finite element formulation. The unmixing-mixing scheme can be adopted with the multipartite matrix method as the constitutive model. Basic assumptions based upon the composite micromechanics are postulated, and the strain components of thermal expansion due to temperature change are included In the formulation. Also. more than two sets of mechanical variables, which represent the deformation states of multipartite matrix can be introduced arbitrarily. In particular, the unmixing-mixing scheme can be used with any well-known isotropic viscoplastic theory of the matrix material. The scheme unnecessitates the complex processes for developing an orthotropic viscoplastic theory. The governing equations based on fully-coupled thermomechanics are derived with constitutive arrangement by the unmixing-mixing concept. By considering some auxiliary conditions, the Initial-boundary value problem Is completely set up. As a tool of numerical analyses, the finite element method Is used with isoparametric Interpolation fer the displacement and the temperature fields. The equation of mutton and the energy conservation equation are spatially discretized, and then the time marching techniques such as the Newmark method and the Crank-Nicolson technique are applied. To solve the ultimate nonlinear simultaneous equations, a successive iteration algorithm is constructed with subincrementing technique. As a numerical study, a series of analyses are performed with the main focus on the thermomechanical coupling effect in composite materials. The progress of viscoplastic deformation, the stress-strain relation, and the temperature History are careful1y examined when composite laminates are subjected to repeated cyclic loading.
A thermo-poro-elastic constitutive model of unidirectionally fiber-reinforced composite materials is suggested by extending the unmixing-mixing scheme which is based upon composite micromechanics. The strain components of thermal expansion due to a temperature change, gas pressure in pores, and chemical shrinkage are included in the constitutive model. On purpose to verify the derived constitutive relations, the representative volume element of two-dimensional lamina subject to various loading conditions is analyzed by the finite element method. The overall stress and strain responses are obtained, and compared with the predicted values by the unmixing-mixing scheme. The numerical results show the usefulness of the proposed model to predict the thermoelastic behavior of porous composites.
In this paper, we present a countermeasure for a various trouble occurred in secure communication of document image. We Propose a security system for transmission of document image using mixing algorithm that the third party cannot conceive secure transmission of information instead of existing scheme which depend on crypto-degree of security algorithm, itself. For this, RM, DM and RDM algorithm for mixing of secure bits are proposed and applied to digital signature for mixing for secure document and mixing for non-secure document by secure document. Security system for document image involves not only security scheme for document image transmission itself, but also digital signature scheme. The transmitter embeds secretly the signatures onto secure document, embeds it to non-secure document and transfers it to the receiver. The receiver makes a check of any forgery on the signature and the document. Because the total amount of transmitted data and the image quality are about the same to those of the original document image, respectively, the third party cannot notice the fact that signatures and secure document are embedded on the document image. Thus, the probability of attack will be reduced.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.1
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pp.47-52
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2007
A material mixing method to obtain an optimal topology for a structure in a thermal environment was suggested. This method is based on Evolutionary Structural Optimization(ESO). The proposed material mixing method extends the ESO method to a mixing several materials for a structure in the multicriteria optimization of thermal flux and thermal stress. To do this, the multiobjective optimization technique was implemented. The overall efficiency of material usage was measured in terms of the combination of thermal stress levels and heat flux densities by using a combination strategy with weighting factors. Also, a smoothing scheme was implemented to suppress the checkerboard pattern in the procedure of topology optimization. It is concluded that ESO method with a smoothing scheme is effectively applied to topology optimization. Optimal topologies having multiple thermal criteria for a printed circuit board(PCB) substrate were presented to illustrate validity of the suggested material mixing method. It was found that the suggested method works very well for the multicriteria topology optimization.
Kang, Tae-Gon;Singh, Mrityunjay K.;Anderson, Patrick D.;Kwon, Tai-Hun;Meijer, Han E.H.
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11a
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pp.1758-1760
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2008
Under typical operating conditions, flows in microfluidic devices are laminar and molecular diffusion across the channels is slow, which makes an efficient mixing in microfluidic devices difficult to achieve. The mechanism to achieve effective mixing in laminar flows is that of repetitive stretching and folding. Essential is to generate spatially periodic flows with crossing cross sectional streamlines. A mapping method is employed to analyze mixing in micromixers, enabling us to investigate the progress of mixing both qualitatively and quantitatively. The progress of mixing is characterized by a measure of mixing, called the discrete intensity of segregation. The mapping method is applied to mixing in such micromixers as the staggered herringbone mixer, the barrier embedded micromixer, and the three-dimensional serpentine channel to demonstrate the capability of the numerical scheme to tackle general mixing problems in microfluidic devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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