Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.3
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pp.173-184
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2013
A multi-level design optimization framework for aerodynamic design of rotary wing such as propeller and helicopter rotor blades is presented in this study. Strategy of the proposed framework is to enhance aerodynamic performance by sequentially applying the planform and sectional design optimization. In the first level of a planform design, we used a genetic algorithm and blade element momentum theory (BEMT) based on two-dimensional aerodynamic database to find optimal planform variables. After an initial planform design, local flow conditions of blade sections are analyzed using high-fidelity CFD methods. During the next level, a sectional design optimization is conducted using two dimensional Navier-Stokes analysis and a gradient based optimization algorithm. When optimal airfoil shape is determined at the several spanwise locations, a planform design is performed again. Through this iterative design process, not only an optimal flow condition but also an optimal shape of an EAV propeller blade is obtained. To validate the optimized propeller-blade design, it is tested in wind-tunnel facility with different flow conditions. An efficiency, which is slightly less than the expected improvement of 7% predicted by our proposed design framework but is still satisfactory to enhance the aerodynamic performance of EAV system.
This study addresses the applicability of box fractal dimension, $D_B$, as an index of statistical homogeneity of fractured rock mass. The box-count method's capability in quantifying the combined effect of fracture density and size distribution is examined systematically. Total of 129 two-dimensional fracture configurations were generated based on different combinations of fracture size distribution and fracture density. $D_B$was calculated for the generated fracture network systems using the box-counting method. It was found that was standard deviation of trace length and fracture orientation have no effect on calculated $D_B$. The estimated $D_B$ was found to increase with increasing total density and/or mean trace length. To explore the field applicability of this study, the statistical homogeneity of fractured rock mass was investigated at the rock slope and the underground facility using the box-counting method as well as conventional contingency table analysis. The results obtained in this study clearly show that the methodologies given in this paper have the capability of determining the statistical homogeneity of fractured rock mass.
Kim, Doo-Young;Lee, Seung-Ho;Jeong, Kyu-Hong;Lee, Chang-Woo
Tunnel and Underground Space
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v.22
no.3
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pp.163-172
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2012
As more diesel engines have been employed in underground limestone mines with large cross section, underground space environment is worsened by diesel exhausts and heat flow. This paper aims for the ultimate goal to optimize the work place environment through assuring the optimal required ventilation rate based on the analysis of the airflow, diesel exhaust gas concentrations and the effects of mechanization and deepening working face on temperature and humidity. Due to the insufficient capacity of the main exhaust fan and poor airway management, stagnant airflows were observed at various locations, while the flow direction was reversed instantly with passing diesel equipment and the flow reversal was also made by the seasonal variation of the outside surface weather. During the loading operation, CO concentration measurements were found to be frequently higher than the threshold limit of 50 ppm, and most of the $NO_2$ measurements during drilling and loading operations shows even more serious levels surpassing the permissible limit of 3 ppm. The actual ventilation quantity was considerably less than the required quantity estimated by the mine health and safety law, and this shortage problem was less serious in colder winter showing more effectiveness of the natural ventilation.
With regard to oversea mineral resources development, recent trend has been changed from a simple capital investment to a direct development of the resources. In relation to the stability of a slope in large open-pit coal mine, groundwater system was investigated and the validity of horizontal drainage hole was evaluated in Pasir coal mine, Indonesia. In this work, various field tests were carried out for a characterization of groundwater system, which included in-situ permeability measurement, tracer test and monitoring of groundwater levels. Especially, the influence of SM river on the characteristics of the groundwater flow system was mainly inspected. For the permeability measurement, Guelph permeameter was employed, and was found that sandstone was more permeable than mudstone and coal seam. From a comparison of lithological structure and the results of groundwater level monitoring, sandstone and thin coal seam with fractures were found to be a main channel for groundwater flow. In the results of tracer tests, the effect of SM river on the groundwater system depends on the geological structure of its base. To identify the effect of horizontal drainage holes, 2-D groundwater modeling was performed. Four different cases were tested, which are different from the length of drainage hole and the existence of pond on top of the slope. To enhance the drainage effect and slope stability, the drainage hole should be drilled to the depth of coal seam layer, which provides a main pathway of groundwater flow and embedded by sandstone. For this purpose, correct identification of surrounding geology should be preceded.
In modern rock engineering practice, fully grouted rock bolting is actively employed as a major supporting system, so that understanding the behavior of fully grouted rock bolts is essential for the precise design of rock bolting. Despite its importance, the supporting mechanism of rock bolts has not been fully understood yet. Since most of existing analytical models for rock bolts were developed by drastically simplifying their boundary conditions, they are not suitable for the bolts of in-situ condition. In this study, 3-D elastic FE analysis of fully grouted rock bolts has been conducted to provide insight into the supporting mechanism of the bolt. The distribution of shear and axial stresses along the bolt are investigated with the consideration of different boundary conditions including three different displacement boundary conditions at the bolt head, the presence of intersecting rock joints, and the variation of elastic modulus of adjacent rock. The numerical result reveals that installation of the faceplate at the bolt head plays an important role in mobilizing the supporting action and enhancing the supporting capabilities of the fully grouted rock bolts.
Park, Chul-Whan;Park, Chan;Jung, Yong-Bok;Park, Eui-Seob
Tunnel and Underground Space
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v.20
no.3
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pp.153-168
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2010
A fifth equation is required to determine the five independent elastic constants of a transversely isotropic rock from compression test of a single specimen. As an approximation proposed by Saint-Venant has been used for long time, it may cause an erroneous result in some cases, especially for specimen with low angle of anisotropy. Three equations were suggested replacing this traditional equation and proved to be applicable by the model analysis in the previous studies. As Saint-Venant's approximation is turned out the same as the first one of them, it has the characteristics that the apparent Young's modulus is monotonously increasing according to the anisotropic angle. The methodology to analyze the elastic constants from four independent strain measurements by uniaxial compressive test of a single standard specimen is concisely described, and the necessity and compatibility of new suggested equations are discussed. Saint-Venant's approximation can determine the elastic constants close to true values and other equations may be unnecessary in specimens with medium to large angle. Nevertheless, they may become applicable because they can produce the almost same amount. For the specimens of small angle of anisotropy, Saint-Venant's approximation may result in out of general ranges or thermodynamic constraints, but other suggested equations can produce the almost true value. Thus they can be applied before other alternative equation is known. The guide map constructed by model study may decide the most compatible one of the three equations.
Severe mine disasters have continued to occur around the world. To ensure worker's health and safety and enhance the productivity, a number of studies have been conducted for the development of wireless sensor network (WSN), environmental monitoring, and communication system in underground mines. An increase in development and application of these systems has just begun with the introduction of information and communication technology into the mining industry in Korea, and yet there have been only a few studies that considered the underground mine ventilation system. This study presented the literature review on the development of WSN and environmental monitoring in underground mines, and especially, on 7 subjects in terms of underground mine ventilation. Moreover, studies that especially conducted real-time environmental monitoring were reviewed and categorized by each commercial software commonly utilized for the ventilation network analysis. For the application in domestic underground mines, further issues were discussed regarding research subjects that may be needed in the future and domestic environmental standards that has been used in the underground mine operation. This paper is expected to be useful for the development of WSN-based environmental monitoring and communication system, as well as for related studies in the future.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.30
no.3
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pp.233-244
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2014
The objective of this study was to explore the characteristics of concentration of indoor air pollutants, such as $PM_{10}$, $CO_2$, and $NO_2$, measured by tele-monitoring system in a Seoul Metropolitan underground railway station from January 1, 2008 to December 31, 2012. The annual average concentration of indoor air pollutants actually varied over a wide range and was found to exhibit marked variation with time and measurement sites (tunnel inlet, platform, and concourse). After installing platform screen doors, the average $PM_{10}$ concentration on platform and concourse was decreased by 43.8% and 31.2%, respectively during the study periods. The relationship between the concentration of $PM_{10}$ and meteorological parameters (relative humidity and rainfall) or the Asian dust events was regarded as statistically significant. The correlations between the number of boarding/alighting passengers and $PM_{10}$, $CO_2$, and $NO_2$ were calculated. A p-value of less than 0.01 was regarded as significant except $NO_2$. The I/O ratio of $PM_{10}$ concentration was elevated after a congested time (about 08:00 am). The average I/O ratios of $NO_2$ were observed in concourse and platform on 03:00 am with $1.76{\pm}0.91$ and $1.50{\pm}0.51$, respectively. The average daily variation of standard excess rate of $PM_{10}$ and $NO_2$ concentration in concourse and platform was investigated. The highest standard excess rate was observed on 21:00 (09:00 pm).
Site effects resulting in the amplification of earthquake ground motion are strongly influenced not only by the subsurface soil conditions and structure, but also by the surface topography. Yet, over the last several decades, most studies of site-specific seismic responses in Korea have focused primarily on the seismic amplification associated with geologic and soil conditions. For example, the effects of local geology are now well established and have been incorporated into current Korean seismic design codes, whereas topographic effects have not been considered. To help address this shortcoming, two-dimensional (2D) seismic site response analyses, using finite element (FE) ground modeling with three different slope angles, were performed in order to assess the site effects of surface topography. We then compared our results, specifically peak ground acceleration (PGA) and acceleration response spectrum, to those of one-dimensional (1D) FE model analyses conducted alongside our study. Throughout much of the upper slope region, PGAs and spectral accelerations are larger in the 2D analyses than in the 1D analyses as a result of the topographic effect.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.17
no.3
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pp.353-362
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2015
Platform screen door (PSD) installed at underground subway station has reduced the safety accident, but it may cause poor air ventilation condition due to the isolated exhaust duct in the subway tunnel area. In this study, the additional ventilation system was suggested, which can be installed at a void space (i.e., storage room under stairs) of platform in order to improve efficiency of air ventilation rate. Exhausted air from platform was directed to underneath of platform and joined with existing ventilation duct of train exhaust system (TES). One subway station in Seoul city was selected to predict the effectiveness of the suggested lower exhaust system by using the computational fluid dynamics (CFD) analysis. The predicted mean age of air was decreased by 16.5% which proves the improvement of air ventilation efficiency when the suggested lower exhaust system was applied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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