Gitau, Michael Njoroge;Mwaniki, Fredrick Mukundi;Hofsajer, Ivan W.
Journal of Power Electronics
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제13권4호
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pp.636-646
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2013
A single-phase tapped-inductor boost converter has been proposed previously. However, detailed characterization and performance analysis were not conducted. This paper presents a detailed characterization, performance analysis, and design expressions of a single-phase tapped-coupled-inductor boost converter. Expressions are derived for average and RMS input current as well as for RMS input and output capacitor current ripple. A systematic approach for sizing the tapped-coupled inductor, active switch, and output diode is presented; such approach has not been reported in related literature. This study reveals that sizing of the inductor has to be based on current ripple requirement, turns ratio, and load. Conditions that produce discontinuous inductor current are also discussed. Analysis of a non-ideal converter operating in continuous conduction mode is also conducted. The expression for the voltage ratio considering the coupling coefficient is derived. The suitability of the converter for high-voltage step-up applications is evaluated. Factors that affect the voltage boost ratio are also identified. The effects of duty ratio and load variation on the performance of the converter are also investigated. The theoretically derived characteristics are validated through simulations. Experimental results obtained at a low power level are included to validate the analytical and simulation results. A good agreement is observed among the analytical, simulation, and experimental results.
The flow fields including velocities, turbulence intensities, Reynolds shear stress and turbulent kinetic energy were investigated using particle image velocimetry(PIV) to study the flow characteristics around two square cylinders in a tandem arrangement. The experiments were carried out in the range of the spacing from 1.0 to 4.0 widths of cylinder, Reynolds number of 5.3$\times$10$^{3}$ and 1.6$\times$10$^{4}$ respectively. Discontinuous jumping at the drag coefficient variation was found for two cylinders simultaneously when the spacing between two cylinders is varied. This phenomenon is attributed to a sudden change of the flow pattern which depends on the reattachment of the shear layer separated from the upstream cylinder. Near such a critical spacing, the changes of the flow fields as well as the effect of Reynolds number were studied in detail.
본 연구는 하나의 도메인을 기반으로 하여 모델링된 Genus N 객체에 새로운 텍스쳐 매핑방법을 제안한 연구이다. 기존의 2D 텍스쳐 매핑의 문제점은 텍스쳐 도메인의 경계선이 객체상에 현저하게 나타난다는 사실이다. 이 현상은 부자연스러울 뿐 아니라 객체의 부드러운 연속성의 효과를 감소시킨다. 특히 무한대의 연속성을 가진 Genus N 객체는 경계선이 생성되지 않는 텍스쳐 매핑이 필수적이다. 이러한 텍스쳐 매핑을 위하여 multiperiodic 함수 즉, 불연속의 함수를 연속함수로 변형시키는 함수를 제안하였다. 하지만 사례에 따라 경계선이 보이는 텍스쳐가 더 사실적으로 보일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 가중치를 이용하여 불연속과 연속 함수를 상호적으로 제어하도록 하였다.
Structure and Dynamics of dilute two-dimensional (2D) ring polymer solutions are investigated by using discontinuous molecular dynamics simulations. A ring polymer and solvent molecules are modeled as a tangent-hard disc chain and hard discs, respectively. Some of solvent molecules are confined inside the 2D ring polymer unlike in 2D linear polymer solutions or three-dimensional polymer solutions. The structure and the dynamics of the 2D ring polymers change significantly with the number ($N_{in}$) of such solvent molecules inside the 2D ring polymers. The mean-squared radius of gyration ($R^2$) increases with $N_{in}$ and scales as $R{\sim}N^{\nu}$ with the scaling exponent $\nu$ that depends on $N_{in}$. When $N_{in}$ is large enough, ${\nu}{\approx}1$, which is consistent with experiments. Meanwhile, for a small $N_{in}{\approx}0.66$ and the 2D ring polymers show unexpected structure. The diffusion coefficient (D) and the rotational relaxation time ($\tau_{rot}$) are also sensitive to $N_{in}$: D decreases and $\tau$ increases sharply with $N_{in}$. D of 2D ring polymers shows a strong size-dependency, i.e., D ~ ln(L), where L is the simulation cell dimension. But the rotational diffusion and its relaxation time ($\tau_{rot}$) are not-size dependent. More interestingly, the scaling behavior of $\tau_{rot}$ also changes with $N_{in}$; for a large $N_{in}$$\tau_{rot}{\sim}N^{2.46}$ but for a small $N_{in}$$\tau_{rot}{\sim}N^{1.43}$.
Friction causes self-excited vibration, stick-slip vibration and any other friction-induced phenomena. That kinds of vibrations cause chatter and squeal. In order to predict such vibrations accurately, employing an accurate friction model is very important because a dynamic behavior of a system with friction is dominantly governed by a friction model. A Coulomb friction model is the most widely known model. Coulomb friction model is useful model to obtain analytical solutions of the system with friction and the model gives relatively good simulation result. However, defining a friction force at a stick state in simulation is hard because of the characteristic itself and a Coulomb friction model is discontinuous function between a static and a dynamic friction coefficient. Therefore, applying the Coulomb friction model to a simulation is not appropriate. In order to resolve these problems, an approximated Coulomb friction model was developed using simple and continuous function. However, an approximated Coulomb friction model cannot realize stick. Therefore, an approximated Coulomb friction model cannot describe friction phenomena accurately. In order to analyze a friction phenomenon accurately, a friction model for a simulation was proposed in this paper. A proposed friction model realizes stick and gives reasonably good results compared to results obtained by the simulation employing an approximated Coulomb friction model. Accuracy of a proposed friction model was verified by comparing experimental results.
The mode perturbation method (MPM) is suitable and efficient for solving the eigenvalue problem of a nonuniform soil deposit whose property varies with depth. However, results of the MPM do not always converge to the exact solution, when the variation of soil deposit property is discontinuous. This discontinuity is typical because soil is usually made up of sedimentary layers of different geologic materials. Based on the energy integral of the variational principle, a new mode perturbation method, the energy-based mode perturbation method (EMPM), is proposed to address the convergence of the perturbation solution on the natural frequencies and the corresponding mode shapes and is able to find solution whether the soil properties are continuous or not. First, the variational principle is used to transform the variable coefficient differential equation into an equivalent energy integral equation. Then, the natural mode shapes of the uniform shear beam with same height and boundary conditions are used as Ritz function. The EMPM transforms the energy integral equation into a set of nonlinear algebraic equations which significantly simplifies the eigenvalue solution of the soil layer with variable properties. Finally, the accuracy and convergence of this new method are illustrated with two case study examples. Numerical results show that the EMPM is more accurate and convergent than the MPM. As for the mode shapes of the uniform shear beam included in the EMPM, the additional 8 modes of vibration are sufficient in engineering applications.
유한차분 시간영역 방법을 이용하여 연속 및 불연속 마이크로스트립올 해석할 때 홉수 경계조건은 Berenger의 완전 접합충(Perfectly Matched Layer:PML)올 3차원으로 적용하고, 전원의 인가는 기존의 마이크로스트립 전면(front face)에 인가하는 방법 대신 내부전원(Inner Source Technique:IST)을 이용하였다. 이 방법을 이용하면 de성분의 왜곡이 개선되고, 에베네센트(evanescent) 및 복사 전자계가 존재하는 측면과 윗면의 계산 영역올 줄이더라도 해석된 특성은 신뢰할 수 있는 결과를 얻올 수 있었다. 또한 내부전원의 위치를 조정함으로서 불완전한 경계조건에 의해서 발생되는 반사파의 영향올 효과적으로 제거할 수 있었다. 본 연구에서는 이러한 방법을 이용하여 마이크로스트립의 분산특성 및 특성임피던스를 계산하였다. 그리고 종단개방 마이크로스트립의 산란계수의 크기와 위상올 구하고 그 동가회로를 계산하였다.
Different from the conventional planar fracture and simplified Newton model, for power-law slurries with a lower water-cement ratio commonly used in grouting engineering, flow model in geological rough fractures is built based on ten standard profiles from Barton (1977) in this study. The numerical algorithm is validated by experimental results. The flow mechanism, grout superiority, and water plugging of pseudo plastic slurry are revealed. The representations of hydraulic grouting properties for JRCs are obtained. The results show that effective plugging is based on the mechanical mechanisms of the fluctuant structural surface and higher viscosity at the middle of the fissure. The formulas of grouting parameters are always variable with the roughness and shear movement, which play a key role in grouting. The roughness can only be neglected after reaching a threshold. Grouting pressure increases with increasing roughness and has variable responses for different apertures within standard profiles. The whole process can be divided into three stationary zones and three transition zones, and there is a mutation region (10 < JRCs < 14) in smaller geological fractures. The fitting equations of different JRCs are obtained of power-law models satisfying the condition of -2 < coefficient < 0. The effects of small apertures and moderate to larger roughness (JRCs > 10.8) on the permeability of surfaces cannot be underestimated. The determination of grouting parameters depends on the slurry groutability in terms of its weakest link with discontinuous streamlines. For grouting water plugging, the water-cement ratio, grouting pressure and grouting additives should be determined by combining the flow conditions and the apparent widths of the main fracture and rough surface. This study provides a calculation method of grouting parameters for variable cement-based slurries. And the findings can help for better understanding of fluid flow and diffusion in geological fractures.
현재 국내 외에서는 유류 지하 비축 공동, 식품 저장 공동 등과 같은 지하구조물 건설에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 지하공동의 안정성을 평가할 때 형상비나 굴착면적을 비롯하여 지하공동이 굴착될 암반의 절리 발달 상태는 매우 중요하다. 따라서 본 연구는 형상비가 지하공동의 안정성에 미치는 영향을 안전율 중심으로 분석하였다 이를 위해 양호한 암반 내에 시공되는 공동의 네 가지의 형상비를 가정하고, 토피고, 측압계수, 절리의 간격, 강도 및 방향을 달리하여 민감도 분석을 실시하였다. 공동의 안정성은 강도감소기법을 이용하여 수치해석에 의해 얻은 안전율을 사용하여 평가되었다. 본 논문은 향후 불연속면을 포함한 암반에 시공되는 지하공동 설계 및 안정성 평가에 도웅이 될 수 있을 것으로 기대된다.
Objective: To evaluate the technical applicability of a semiautomatic three-dimensional (3D) hybrid CT segmentation method for the quantification of right ventricular mass in patients with cardiovascular disease. Materials and Methods: Cardiac CT (270 cardiac phases) was used to quantify right ventricular mass using a semiautomatic 3D hybrid segmentation method in 195 patients with cardiovascular disease. Data from 270 cardiac phases were divided into subgroups based on the extent of the segmentation error (no error; ≤ 10% error; > 10% error [technical failure]), defined as discontinuous areas in the right ventricular myocardium. The reproducibility of the right ventricular mass quantification was assessed. In patients with no error or < 10% error, the right ventricular mass was compared and correlated between paired end-systolic and end-diastolic data. The error rate and right ventricular mass were compared based on right ventricular hypertrophy groups. Results: The quantification of right ventricular mass was technically applicable in 96.3% (260/270) of CT data, with no error in 54.4% (147/270) and ≤ 10% error in 41.9% (113/270) of cases. Technical failure was observed in 3.7% (10/270) of cases. The reproducibility of the quantification was high (intraclass correlation coefficient = 0.999, p < 0.001). The indexed mass was significantly greater at end-systole than at end-diastole (45.9 ± 22.1 g/m2 vs. 39.7 ± 20.2 g/m2, p < 0.001), and paired values were highly correlated (r = 0.96, p < 0.001). Fewer errors were observed in severe right ventricular hypertrophy and at the end-systolic phase. The indexed right ventricular mass was significantly higher in severe right ventricular hypertrophy (p < 0.02), except in the comparison of the end-diastolic data between no hypertrophy and mild hypertrophy groups (p > 0.1). Conclusion: CT quantification of right ventricular mass using a semiautomatic 3D hybrid segmentation is technically applicable with high reproducibility in most patients with cardiovascular disease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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