The purpose of this study was to investigate the functional role of foot effectiveness when humans execute running turn maneuvers. Foot rotation angle at the starting turn and body angle at the vertical axis were analyzed through three-dimensional image analysis and ground reaction force analysis. Then, we created a simple equation: foot effectiveness = total foot rotation angle/total body rotation angle at the vertical axis. This equation made it possible to explain the dynamics of angular running turns. We analyzed data from running turns(0, 30, and 60) at average initial running velocities of 4.5, as well as rotations around the vertical axis during the running turns. As a result, the stance time, foot placement, and left and right force increased.
Velocity gradient, G, a measure of the average velocity gradient in the fluid has been applied for complete mixing of chemicals in mechanical mixing devices. G values were calculated by the power input transferred to fluid in turbulent and transient range. Chemical reactions occur so fast that total mass transfer time required for even distribution of the chemicals determine the overall reaction time. The total mass transfer time is composed of the time for complete mixing through the reactor and for diffusion of the chemicals into the eddy. Complete mixing time was calculated by CFD (computer fluid dynamics) and evaluated by tracer tests in 2 liter jars at different rotating speeds. Turbulent range, Reynolds number above 10,000 in regular 2 liter jars occurred at revolution speed above 100 rpm (revolution per minute), while laminar range occurred at revolution speed below 10 rpm. A typical range of rotating speed used in jar tests for water and wastewater treatment was between 10 and 300 rpm, which covered both transient and turbulent range. G values supplied from a commercial jar test apparatus showed big difference from those calculated with power number specially in turbulent range. Diffusion time through eddy decreased 1.5 power-law of rotating speed. Complete mixing time determined by pumping number decreased increases in rotating speed. Total mass transfer time, finally, decreases as rotating speed increases, and it becomes 1 sec at rotating speed of 1,000 rpm. Complete mixing times evaluated from tracer tests showed higher than those calculated by power number at higher rotating speed. Complete mixing times, however, calculated by CFD showed similar to those of experimentally evaluated ones.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.10
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pp.885-891
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2010
Thermal management is important for enhancing the performance and durability of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) and is taken into account in the design of PEMFCs. In general, cooling pates with circulating liquid coolant (water) are inserted between several unit cells to exhaust the reaction heat from PEMFCs. In this study, computational fluid dynamics (CFD) simulations were performed to characterize the uniform cooling performance of parallel multipass serpentine flow fields (MPSFFs) that were used as coolant flow channels in PEMFCs. The cooling performances of conventional serpentine and parallel flow fields were also evaluated for the purpose of comparison. The CFD results showed that the use of parallel MPSFFs can help reduce the temperature nonuniformity, and thus, can favorably enhance the performance and durability of PEMFCs.
In this study, CFD model for a Heat Exchange Steam Reformer (HESR) used for a 10kW SOFC system is developed for the design optimization of the HESR. The model is used to explore the effect of design parameters on the performance of the HESR. In the HESR, heat is delivered from the hot gas channel to the fuel channel to supply the heat required for the fuel reforming. In the fuel channel where the fuel is reformed, thermo-fluid dynamics, heat transfer, and chemical reaction are considered to predict the performance of the reformer. The model is validated with experimental data within 2~3% error. The validated model is used for the parametric study of the HESR design. Channel length, channel diameter, and flow direction are selected as the design parameters. The effects of the HESR design parameters on the outlet temperature, outlet H2 mole fraction, and pressure drop across the reformer are presented using the model.
The Mg-PSZ/$Al_2O_3$ fibers were fabricated by the sol-gel method. The added $Al_2O_3$ amounts were varied from 5 to 20 mol%. The phase transformation studies of a drawn Mg-PSZ/$Al_2O_3$ fibers were investigated by use of X-ray diffraction, IR and Raman spectroscopy. Microstructure and tensile strength of fibers were subjected to scanning electron microscopy and tensile strength tester. When $Al_2O_3$ was added to the Mg-PSZ fibers, it was found out from the analysis of XRD patterns and Raman spectra that a small amount of crystalline spinel($MgAl_2O_4$) started to form due to the reaction between $Al_2O_3$ and MgO, at $1000^{\circ}C$, and the phase transformation temperature of $ZrO_2$ crystal phase at different sintering temperatures increased. Also, the rapid grain growth with average size of 2.0 ${\mu}m$ shown in Mg-PSZ fiber at $1500^{\circ}C$ was considerably suppressed to 0.39 ${\mu}m$ by adding $Al_2O_3$ at the same temperature. When the Mg-PSZ/$Al_2O_3$ fibers containing 5 mol% $Al_2O_3$ were sintered $800^{\circ}C$ for 1 hr, average tensile strength of fibers was 0.9 GPs at diameters of 20 to 30 ${\mu}m$, but as the sintering temperatures was increased to $1000^{\circ}C$ for 1 hr, average tensile strength of fibers increased to 1.2 GPa in the same diameter range.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.5
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pp.65-73
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2004
CMG(Control Momentum Gyro) is a control device being used for spacecraft attitude control constructing relatively large amount of torque compared to conventional body-fixed reaction wheels. The CMG produces gyroscopic control torque by continuously varying the angular momentum vector direction with respect to the spacecraft body. The VSCMG(Variable Speed Control Momentum Gyro) has favorable advantages with variable speed to lead to better control authority as well as singularity avoidance capability. Attitude dynamics with a VSCMG mounted on a two-axis gimbal system are derived in this study. The dynamic equation may be considered as an extension of the single-axis counterpart. Also, a feedback control law design is addressed in conjunction with the dynamic equations of motion.
The dynamic characteristics of the composite reflector panels are numerically and experimentally investigated. A dynamics model of the panel is analytically developed based on a deployment mechanism of the antenna. The deployment is passively activated using elastic energy of a spring with two rotational degrees of freedom. Using the flexible multi-body dynamic analysis ADAMS, dynamic behavior of the panels such as velocities, deformations, as well as reaction forces during the deployment, are investigated in the gravity and zero-gravity cases. The reflector panel is manufactured using carbon fiber reinforced plastics (CFRPs) and its deployment characteristics are experimentally observed using a zero-gravity deployment test. The impact response and vibration problems that occur during deployment of the antenna panel have been identified and reliably deployed using dampers.
Hyunseo Kang;Nahyeon Roh;Do-young Kim;Min-jun Park
Journal of Aerospace System Engineering
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v.18
no.4
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pp.18-26
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2024
This paper describes the results of a study on Generic Quad Tilt Rotor UAM aircraft, focusing on nonlinear mathematical modeling and the development of real-time simulation software. In this research, we designed a configuration for a Generic Quad Tilt Rotor eVTOL UAM aircraft based on NASA's UAM mission requirements. We modeled the aerodynamics using a database, the prop-rotor dynamics with a thrust database, and included a ground reaction and atmospheric model in the flight model. We defined the control concept for various modes(helicopter mode, transition mode, and airplane mode), derived tilt angle corridors, and formulated flight control requirements. The resultant real-time flight simulation software not only performs trim analysis for Tilt Rotor UAM aircraft but also predicts handling qualities, optimizes tilt angle scheduling based on dynamic characteristics, designs and validates flight control laws for helicopter, transition, and airplane modes, and facilitates flight training through simulator integration.
Fischer-Tropsch synthesis reaction converts syngas (mixture of CO and H2) to valuable hydrocarbon products. Simulation of low temperature Fischer -Tropsch Synthesis reaction and heat transfer at intensified process condition using catalyst filled single and multichannel microchannel reactor is considered. Single channel model simulation indicated potential for process intensification (higher GHSV of $30000hr^{-1}$ in presence of theoretical Cobalt based super-active catalyst) while still achieving CO conversion greater than ~65% and $C_{5+}$ selectivity greater than ~74%. Conjugate heat transfer simulation with multichannel reactor block models considering three different combinations of reactor configuration and coolant type predicted ${\Delta}T_{max}$ equal to 23 K for cross-flow configuration with wall boiling coolant, 15 K for co-current flow configuration with subcooled coolant, and 13 K for co-current flow configuration with wall boiling coolant. In the range of temperature maintained (498 - 521 K), chain growth probability calculated is desirable for low-temperature Fisher-Tropsch Synthesis.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.1
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pp.10-20
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2007
For spacecraft attitude control, reaction wheel (RW) steering laws with more than three wheels for three-axis attitude control can be derived by using a control allocation (CA) approach.1-2 The CA technique deals with a problem of distributing a given control demand to available sets of actuators.3-4 There are many references for CA with applications to aerospace systems. For spacecraft, the control torque command for three body-fixed reference frames can be constructed by a combination of multiple wheels, usually four-wheel pyramid sets. Multi-wheel configurations can be exploited to satisfy a body-axis control torque requirement while satisfying objectives such as minimum control energy.1-2 In general, the reaction wheel steering laws determine required torque command for each wheel in the form of matrix pseudo-inverse. In general, the attitude control command is generated in the form of a feedback control. The spacecraft body angular rate measured by gyros is used to estimate angular displacement also.⁵ Combination of the body angular rate and attitude parameters such as quaternion and MRPs(Modified Rodrigues Parameters) is typically used in synthesizing the control command which should be produced by RWs.¹ The attitude sensor signals are usually corrupted by noise; gyros tend to contain errors such as drift and random noise. The attitude determination system can estimate such errors, and provide best true signals for feedback control.⁶ Even if the attitude determination system, for instance, sophisticated algorithm such as the EKF(Extended Kalman Filter) algorithm⁶, can eliminate the errors efficiently, it is quite probable that the control command still contains noise sources. The noise and/or other high frequency components in the control command would cause the wheel speed to change in an undesirable manner. The closed-loop system, governed by the feedback control law, is also directly affected by the noise due to imperfect sensor characteristics. The noise components in the sensor signal should be mitigated so that the control command is isolated from the noise effect. This can be done by adding a filter to the sensor output or preventing rapid change in the control command. Dynamic control allocation(DCA), recently studied by Härkegård, is to distribute the control command in the sense of dynamics⁴: the allocation is made over a certain time interval, not a fixed time instant. The dynamic behavior of the control command is taken into account in the course of distributing the control command. Not only the control command requirement, but also variation of the control command over a sampling interval is included in the performance criterion to be optimized. The result is a control command in the form of a finite difference equation over the given time interval.⁴ It results in a filter dynamics by taking the previous control command into account for the synthesis of current control command. Stability of the proposed dynamic control allocation (CA) approach was proved to ensure the control command is bounded at the steady-state. In this study, we extended the results presented in Ref. 4 by adding a two-step dynamic CA term in deriving the control allocation law. Also, the strict equality constraint, between the virtual and actual control inputs, is relaxed in order to construct control command with a smooth profile. The proposed DCA technique is applied to a spacecraft attitude control problem. The sensor noise and/or irregular signals, which are existent in most of spacecraft attitude sensors, can be handled effectively by the proposed approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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