Park, Yeong-Su;Kim, Jong-U;Kim, Tae-Gyun;Kim, Jung-Hun
Journal of Korea Water Resources Association
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v.32
no.1
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pp.71-81
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1999
The objective of this study is to develop a model which can design an optimal pipe network system of least cost while satisfying all the design constraints including hydraulic constraints using a genetic algorithm technique. Hydraulic constraints interfaced with the simulation program(KYPIPE) checked feasible solution region. Genetic algorithm(GA) technique is a relatively new optimization technique. The GA is known as a very powerful search and optimization technique especially when solving nonlinear programming problems. The model developed in this study selects optimal pipe diameters in the form of commercial discrete sizes using the pipe diameters and the pumping powers as decision variables. The model not only determines the optimal diameters and pumping powers of pipe network system but also satisfies the discharge and pressure requirements at demanding nodes. The model has been applied to an imaginary and an existing pipe network systems. One system is adopted from journal papers which has been used as an example network by many other researchers. Comparison of the results shows compatibility of the model developed in this study. The model is also applied to a system in Goyang city in order to check the model applicability to finding of optimal pumping powers. It has been found that the developed model can be successfully applied to optimal design of pipe network systems in a relatively simple manner.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.37
no.3
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pp.575-583
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2017
Various types of flow patterns around the stepped weir and spillway, such as the skimming flow over such structures and the wave-type flow with a standing undular hydraulic jump and roller downstream of the structures, are developed in open channels. Unsteady three-dimensional numerical simulations are carried out using a hybrid RANS-LES turbulence modeling approach and the volume of fluid method for resolving free surface fluctuations to represent the turbulent flow including the skimming flow and wave-type flow over a stepped weir installed in a rectangular channel. The comparison of numerical results with an existing experimental measurement reveals that the present numerical simulations reasonably well reproduce the turbulent flow passing the stepped weir, in terms of time-averaged velocity profiles at selected locations downstream of the weir, flow topology characterized by the wave-type and skimming flows, the maximum height and length of the standing wave and the length of reattachment of recirculating zone. The numerical result further elucidates the distinct flow behaviors of the wave-type and skimming flow by presenting instantaneous intense variations of free surface and velocity vectors, the distributions of Reynolds shear stress and turbulent kinetic energy and three-dimensional complex features of coherent structures and total pressure distribution.
Hong, Soon-Jung;Ha, Jong-Kyou;Kim, Yong-Joo;Kabir, Md. Shaha Nur;Seo, Young Woo;Chung, Sun-Ok
Journal of Biosystems Engineering
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v.43
no.1
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pp.1-13
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2018
Purpose: The development of compact tractors that can be used in dry fields, greenhouses, and orchards for pest control, weeding, transportation, and harvesting is necessary. The development and performance evaluation of power transmission units are very important when it comes to tractor development. This study evaluates the performance of a driving power transmission unit of a 50 kW multi-purpose narrow tractor. Methods: The performance of the transmission and forward-reverse clutch, which are the main components of the driving power transmission unit of multi-purpose narrow tractors, was evaluated herein. The transmission performance was evaluated in terms of power transmission efficiency, noise, and axle load, while the forward-reverse clutch performance was evaluated in terms of durability. The transmission's power transmission efficiency accounts for the measurement of transmission losses, which occur in the transmission's gear, bearing, and oil seal. The motor's power was input in the transmission's input shaft. The rotational speed and torque were measured in the final output shaft. The noise was measured at each speed level after installing a microphone on the left, right, and upper sides. The axle load test was performed through a continuous equilibrium load test, in which a constant load was continuously applied. The forward-reverse clutch performance was calculated using the engine torque to axle torque ratio with the assembled engine and transmission. Results: The loss of power in the transmission efficiency test of the driving power unit was 6.0-9.7 kW based on all gear steps. This loss of horsepower was equal to 11-18% of the input power (52 kW). The transmission efficiency of the driving power unit was 81.5-89.0%. The noise of the driving power unit was 50-57 dB at 800 rpm, 70-77 dB at 1600 rpm, and 76-83 dB at 2400 rpm. The axle load test verified that the input torque and axle revolutions were constant. The results of the forward-reverse clutch performance test revealed that hydraulic pressure and torque changes were stably maintained when moving forward or backward, and its operation met the hydraulic design standards. Conclusions: When comprehensively examined, these research results were similar to the main driving power transmission systems from USA and Japan in terms of performance. Based on these results, tractor prototypes are expected to be created and supplied to farmhouses after going through sufficient in-situ adaptability tests.
In this study, prediction of soil behavior under vacuum preloading with vertical drain is explored on the basis of numerical models and toe results were compared with field measurements. Reasonable prediction of the time rate of settlements and pore pressure dissipation under vacuum preloading is the maj or concern. The conventional method for vatsuum preloading is based on modeling vacuum preloading as surcharge loading for the consolidation analysis. However, this modeling may violate the real behavior of soils under vacuum loading since the total stress in the analysis varies due to the modeled surcharge loading whereas in'.situ total stress of soils under vacuum loading is constant. In this study a new method is suggested. Instead of modeling vacuum loading as surcharge loading, negative hydraulic head is applied at the surface drain boundary to simulate the vacuum preloading. Comparisons of predictions and field measurements of soil behavior under vatsuum preloading are presented and the usefulness of the new modeling technique is demonstrated.
Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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v.4
no.2
s.8
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pp.55-61
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1996
The objective of this paper is to show an optimal design model for branched water supply system which also can find the optimal location of pumping stations using linear programming. GIS is utilized in this model to better handle the data and the results front the optimization. The developed model considers hydraulic influences of some appurtenances such as supply tunnels and a filtration plant The model also considers tunnel construction cost which should be treated differently from pipe construction cost Different from other models presently available, the model guarantees a nonnegative pressure at every junction node in the system. The objective function includes annual operation cost (electricity rate) ill addition to initial construction cost, thus producing a more reasonable decision. The model selects the optimal diameter not in the form of continuous number but in the form of commercial discrete diameter (pipe size) using the pipe lengths as decision variables instead of pipe diameters. The model not only determines the optimal pumping head for each pumping station but also finds the optimal location and number of pumping stations. GIS is used to handle hydraulic and budgetary data automatically and to visualize the results for the of optimal design of the system. The model has been applied to an existing water supply system. 'The results show that the optimization model with the aid of GIS is helpful in the decision-nulling process for the design of more economical systems, and can be dot into practice successfully.
This numerical study investigates seismicity and fault slip induced by fluid injection in deep geothermal reservoir with pre-existing fractures and fault. Particle Flow Code 2D is used with additionally implemented hydro-mechanical coupled fluid flow algorithm and acoustic emission moment tensor inversion algorithm. The output of the model includes spatio-temporal evolution of induced seismicity (hypocenter locations and magnitudes) and fault deformation (failure and slip) in relation to fluid pressure distribution. The model is applied to a case of fluid injection with constant rates changing in three steps using different fluid characters, i.e. the viscosity, and different injection locations. In fractured reservoir, spatio-temporal distribution of the induced seismicity differs significantly depending on the viscosity of the fracturing fluid. In a fractured reservoir, injection of low viscosity fluid results in larger volume of induced seismicity cloud as the fluid can migrate easily to the reservoir and cause large number and magnitude of induced seismicity in the post-shut-in period. In a faulted reservoir, fault deformation (co-seismic failure and aseismic slip) can occur by a small perturbation of fracturing fluid (<0.1 MPa) can be induced when the injection location is set close to the fault. The presented numerical model technique can practically be used in geothermal industry to predict the induced seismicity pattern and magnitude distribution resulting from hydraulic stimulation of geothermal reservoirs prior to actual injection operation.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.13
no.4
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pp.283-293
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2015
The buffer is a key component of the engineered barrier system in a high-level radioactive waste (HLW) repository. The present study reviewed the requirements and functional criteria of the buffer reported in literature, and also based on the results, proposed an approach to establish a buffer concept which is applicable to an HLW repository in Korea. The hydraulic conductivity, radionuclide-retarding capacity (equilibrium distribution coefficient and diffusion coefficient), swelling pressure, thermal conductivity, mechanical properties, organic carbon content, and illitization rate were considered as major technical parameters for the functional criteria of the buffer. Domestic bentonite (Ca-bentonite) and, as an alternative, MX-80 (Na-bentonite) were proposed for the buffer of an HLW repository in Korea. The technical specifications for those proposed bentonites were set to parameter values that conservatively satisfy Korea's functional criteria for the Ca-bentonite and Swedish criteria for the Na-bentonite. The thickness of the buffer was determined by evaluating the means of shear behavior, radionuclide release, and heat conduction, which resulted in the proper buffer thickness of 0.25 to 0.5 m. However, the final thickness of the buffer should be determined by considering coupled thermal-hydraulic-mechanical evaluation and economics and engineering aspects as well.
Recently, stream flow analysis has been accomplished by one or two dimensional equations and was applied by simple momentum equations and fixed energy conservations which contain many condition limits. In this study, FLOW-3D using CFD (Computational Fluid Dynamics) was applied to stream flow analysis which can solve three dimensional RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes Equation) control equation to find out physical behaviors and the effect of hydraulic structures. Numerical simulation accomplished those results was compared by using turbulence models such as ${\kappa}-{\varepsilon}$, RNG (Renormalized Group) ${\kappa}-{\varepsilon}$ and LES (Large Eddy Simulation). Numerical analysis results have been illustrated by the turbulence energy effects, velocity of flow, water level pressure and eddy flows around the piers and transverse overflow type structures. These results will be able to used by basis data that catch hold of effects on long-term bed elevation changes, sediment accumulations, scours and water aggravations by removal of obsolete transverse over flow type structures in urban stream.
Kim, Junghoon;Kim, Uiseok;Kim, Jiyoon;Kang, Minkyu;Choi, Hangseok
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.23
no.1
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pp.39-49
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2022
Expandable steel pipe piles are installed by inserting expansion equipment to increase the cross-sectional area of steel pipes, which can improve the pile performance compared to micro-piles. In this paper, a hydraulic expansion device was developed to expand steel pipe piles in practice. A series of laboratory and field tests were conducted to verify the performance of the developed expansion device to expand steel pipes. The expansion capability and expandable range was evaluated by measuring the strain and expansion time at the maximum pressure of the hydraulic expansion device. The thinner steel pipe, the larger strain but longer expansion time required in the test. For example, the 4.0-mm-thick steel pipe showed strain reduction by 30% and a decrease in the required expansion time by 40% compared to the 2.9-mm-thick steel pipe. In addition, in-situ expansion tests were performed to verify the expandability of steel pipes under the ground, and the exhumed specimen showed clear expanded sections. The structural integrity was determined by comparing the material performance the original and expanded specimens.
Currently, the design reference temperature of the buffer material for disposing of high-level radioactive waste is less than 100℃, so if the heat dissipation capacity of the buffer material is improved, the spacings of the disposal tunnel and the deposition hole in the repository can be reduced. First of all, this study tries to analyze the criteria for thermal-hydraulic-mechanical performance of the buffer materials and to investigate the researches regarding the enhanced buffer materials with improved thermal conductivity. First, the thermal conductivity should be as high as possible and is affected by dry density, water content, temperature, mineral composition, and bentonite type. the organic content of the buffer material can have a significant effect on the corrosion performance of a canister, so the organic content should be low. In addition, hydraulic conductivity of the buffer material should be less than that of near-field rock and swelling pressure should be appropriate for buffer materials to function properly. For the development of enhanced buffer materials, additives such as sand, graphite, and graphite oxide are typically used, and a thermal conductivity can be greatly improved with a very small amount of graphite addition compared to sand.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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