In this study, we describe the effects of changing the magnet shape of permanent magnets (PMs) in a rotor Halbach-array PM generator for reciprocating free piston generator applications. More specifically, the rectangular-shaped magnets were replaced by the trapezoidal-shaped magnets. The initial design, an analytical magnetic field solution of rectangular shaped magnets, is presented and air-gap magnetic flux density and thrust force were estimated. The results were compared to the finite element analysis (FEA) showing excellent agreement. Using FEA, the effect of the shape of the magnets on the flux density and thrust force waveforms is analyzed. Moreover, the proportion of the Halbach array in the machine was optimized by the means of a parametric search. The results obtained from the analytical calculations and FEA were validated by comparing to those of Radial-array PM generator.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.12
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pp.2385-2394
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1992
Granular solid propellants having energy and fast burning rate produce great thrusts within extremely short time intervals. Thus numerical researchs prevailed rather than experimental. Using a 2-phase fluid dynamics model among 1-dimensional 2-phase models, a numerical program was set up to describe reacting flow fields, moving boundary with oscillating pressure waves and constitutive laws research. It deserves special emphasis that correlations of convective heat transfer coefficient and viscous drag force among constitutive laws are tested and discussed because slight variations of their constants make a large influence on their results. In this calculations, some of correlations make the large difference in results. Therefore constitutive laws for convective heat transfer coefficient and viscous drag force need more considerations with experiments.
Pollution of the environment by micro-plastics is now a worldwide problem. Plastics are difficult to decompose and put a great load on the marine environment. Especially a plastic with a size of 5 mm or less is defined as micro-plastic and are carried by ocean currents over long distances, causing global pollution. These are not easily decomposed in the natural environment. In this paper, we aimed to experimentally demonstrate that micro-plastics in seawater can be continuously separated by electromagnetic Archimedes force. Using polyethylene particles of 3 mm in diameter as the separation target, a flow channel was fabricated and separation conditions were investigated by particle trajectory calculations for separation experiments. Based on the calculation results, a solenoid-type superconducting magnet was used as a source of magnetic field to conduct separation experiments of micro-plastics in seawater. Although a high separation rate was assumed in the simulation results, the experimental results did not show any significant improvement in the separation rate due to the electromagnetic Archimedes force. It was found that the gas generated by the electrolytic reaction may have inhibited the migration of the particles.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.160.2-160.2
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2014
Recently silicon has attracted intense interest as a promising anode material of lithium-ion batteries due to its extremely high capacity of 4200 mA/g (for Li4.2Si) that is much higher than 372 mAh/g (for LiC6) of graphite. However, it seriously suffers from large volume change (even up to 300%) of the electrode upon lithiation, leading to its pulverization or mechanical failure during lithiation/delithiation processes and the rapid capacity fading. To overcome this problem, Si nanowires have been considered. Use of such Si nanowires provides their facile relaxation during lithiation/delithiation without mechanical breaking. To design better Si electrodes, a study to unveil atomic-scale mechanisms involving the volume expansion and the phase transformation upon lithiation is critical. In order to investigate the lithiation mechanism in Si nanowires, we have developed a reactive force field (ReaxFF) for Si-Li systems based on density functional theory calculations. The ReaxFF method provides a highly transferable simulation method for atomistic scale simulation on chemical reactions at the nanosecond and nanometer scale. Molecular dynamics (MD) simulations with the ReaxFF reproduces well experimental anisotropic volume expansion of Si nanowires during lithiation and diffusion behaviors of lithium atoms, indicating that it would be definitely helpful to investigate lithiation mechanism of Si electrodes and then design new Si electrodes.
Khattab, Elamira Hend;Radwan, Mohamed;Rahoma, Walid Ali
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.37
no.1
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pp.1-9
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2020
Frozen orbit is an attractive option for orbital design owing to its characteristics (its argument of pericenter and eccentricity are kept constant on an average). Solar sails are attractive solutions for massive and expensive missions. However, the solar radiation pressure effect represents an additional force on the solar sail that may greatly affect its orbital behavior in the long run. Thus, this force must be included as a perturbation force in the dynamical model for more accuracy. This study shows the calculations of initial conditions for a lunar solar sail frozen orbit. The disturbing function of the problem was developed to include the lunar gravitational field that is characterized by uneven mass distribution, third body perturbation, and the effect of solar radiation. An averaging technique was used to reduce the dynamical problem to a long period system. Lagrange planetary equations were utilized to formulate the rate of change of the argument of pericenter and eccentricity. Using the reduced system, frozen orbits for the Moon sail orbiter were constructed. The resulting frozen orbits are shown by two 3Dsurface (semi-major, eccentricity, inclination) figures. To simplify the analysis, we showed inclination-eccentricity contours for different values of semi-major axis, argument of pericenter, and values of sail lightness number.
We performed nonlinear transmission measurements and quantum-chemical calculations on dithienothiophene(DTT)-based molecules to gain insight into the effect of acceptor and donor groups on two-photon absorption(TPA) properties. The TPA intensity showed dispersion characteristics of the single-photon absorption spectrum. When the molecules included an asymmetric donor-acceptor pair, the single- and two-photon absorption maximum wavelengths were red-shifted more than when the molecules had a symmetric donor-donor structure. We interpreted this result as indicating that the $S_2$ state plays the dominating role in the absorption process of molecules with a symmetric structure. The experimental TPA ${\delta}$ values at the absorption peak wavelength showed a dependence on the structural variations. We found the self-consistent force-field theory and Hartree-Fock Hamiltonian with single configuration interaction formalism to be valid for evaluating TPA ${\delta}$. Although the quantum-chemical calculations slightly underestimated the experimental ${\delta}$ values obtained from nonlinear trans -mission measurements, they reasonably predicted the dependence of the ${\delta}$ value on the structural variations. We confirmed the role of molecular symmetry by observing that donor-donor substituted structure gave the highest experimental and theoretical TPA ${\delta}$ values and that the donor-acceptor substituted structure showed a greater red-shift in the TPA absorption maximum wavelength. Overall, the theoretical ${\delta}$ values of DTT-based molecules were in the order of $10^{-46}\;cm^4{\cdot}s{\cdot}photon^{-1}$ and are higher than that of AF-50 by nearly two orders of magnitude.
Electric machines such as motors which have rmving parts are designed for producing mechanical force or torque. The accurate calculations of electromagnetic force and torque are important in the design these machines. Electromagnetic force calculation method using the results of Finite Element Method(FEM) has been presented variously in 2-D problems. Typically the Maxwell's Stress Tensor method and the method of virtual work are used. The former calculates forces by integrating the surface force densities which can be expressed in terms of Maxwell Stress Tensor(MST), and the latter by differentiating the electromagnetic energy with respect to the virtual dis¬placement of rigid bodies of interest. In the problems including current source, magnetic vector potentials(MVP) have rmstly been used as unknown variables for field analysis by a numerical method; e. g. FEM. This paper, thus, introduces the two both methods using MVP in 3-D case. To verify the usefulness of presented methods, a solenoid model is chosen and analyzed by 3-D and axisymmetric FEM. It is found that the force calculation results are in good agreement for several mesh schemes.
Prestressed concrete I-girders are subject to different load types at their construction stages. At the time of strand release, i.e., detensioning, prestressed concrete girders are under the effect of dead and prestressing loads. At this stage, the camber, total net upward deflection, of prestressed girder is summation of the upward deflection due to the prestressing force and the downward deflection due to dead loads. For the calculation of the upward deflection, it is generally considered that prestressed concrete I-girder behaves linear-elastic. However, the field measurements on total net upward deflection of prestressed I-girder after detensioning show contradictory results. In this paper, camber calculations with the linear-elastic beam and elastic-stability theories are presented. One of a typical precast I-girder with 120 cm height and 31.5 m effective span length is selected as a case study. 3D finite element model (FEM) of the girder is developed by SAP2000 software, and the deflections of girder are obtained from linear and nonlinear-static analyses. Only geometric nonlinearity is taken into account. The material test and field measurement of this study are performed at prestressing girder plant. The results of the linear-elastic beam and elastic-stability theories are compared with FEM results and field measurements. It is seen that the camber predicted by elastic-stability theory gives acceptable results than the linear-elastic beam theory while strand releasing.
Kim, Hee-Reyoung;Seo, Joon-Ho;Hong, Sang-Hee;Suwon Cho;Nam, Ho-Yun;Man Cho
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05b
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pp.233-240
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1996
Analyses of the viscous and end effects on electromagnetic (EM) pumps of annular linear induction type for the sodium coolant circulation in Liquid Metal Fast Breeder Reactors have been carried out based on the MHD laminar flow analysis and the electromagnetic field theory. A one-dimensional MHD analysis for the liquid metal flowing through an annular channel has been performed on the basis of a simplified model of equivalent current sheets instead of three-phase currents in the discrete primary windings. The calculations show that the developed pressure difference resulted from electromagnetic and viscous forces in the liquid metal is expressed in terms of the slip, and that the viscous loss effects are negligible compared with electromagnetic driving forces except in the low-slip region where the pumps operate with very high flow velocities comparable with the synchronous velocity of the electromagnetic fields, which is not applicable to the practical EM pumps. A two-dimensional electromagnetic field analysis based on an equivalent current sheet model has found the vector potentials in closed form by means of the Fourier transform method. The resultant magnetic fields and driving forces exerted on the liquid metal reveal that the end effects due to finiteness of the pump length are formidable. In addition, a two-dimensional numerical analysis for vector potentials has been performed by the SOR iterative method on a realistic EM pump model with discretely-distributed currents in the primary windings. The numerical computations for the distributions of magnetic fields and developed pressure differences along the pump axial length also show considerable end effects at both inlet and outlet ends, especially at high flow velocities. Calculations of each magnetic force contribution indicate that the end effects are originated from the magnetic force caused by the induced current ( u x B ) generated by the liquid metal movement across the magnetic field rather than the one (E) produced by externally applied magnetic fields by three-phase winding currents. It is concluded that since the influences of the end effects in addition to viscous losses are extensive particularly in high-velocity operations of the EM pumps, it is necessary to find ways to suppress them, such as proper selection of the pump parameters and compensation of the end effects.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.26
no.2
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pp.49-63
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1989
Wave drift forces which are small in magnitudes compared to the first order wave exciting forces can cause very large motion of a vessel in waves. In this paper a theoretical and experimental analysis is made of the mean and slowly varying wave dirft forces on the semi-submersible platform. Theoretical calculations are performed by using near field method with three dimensional diffraction theory and model tests are carried out in regular and irregular waves with a 1/60 semi model. Test results are compared with theoretical calculations and the mooring spring effects in the test are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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