The transient behavior of a passive air breathing direct methanol fuel cell (DMFC) operated on vapor-feeding mode is studied in this paper. It generally takes 30 minutes after starting for the cell response to come to its steady-state and the response is sometimes unstable. A mathematical dynamic one-dimensional model for simulating transient response of the DMFC is presented. In this model a DMFC is decomposed into its subsystems using lumped model and divided into five layers, namely the anodic diffusion layer, the anodic catalyst layer, the proton exchange membrane (PEM), the cathodic catalyst layer and the cathodic diffusion layer. All layers are considered to have finite thickness, and within every one of them a set of differential-algebraic governing equations are given to represent multi-components mass balance, such as methanol, water, oxygen and carbon dioxide, charge balance, the electrochemical reaction and mass transport phenomena. A one-dimensional, isothermal and mass transport model is developed that captures the coupling between water generation and transport, oxygen consumption and natural convection. The single cell is supplied by pure methanol vapor from a methanol reservoir at the anode, and the oxygen is supplied via natural air-breathing at the cathode. The water is not supplied from external source because the cell uses the water created at the cathode using water back diffusion through nafion membrane. As a result of simulation strong effects of water transport were found out. The model analysis provides several conclusions. The performance drop after peak point is caused by insufficiency of water at the anode. The excess water at the cathode makes performance recovery impossible. The undesired crossover of the reactant methanol through the PEM causes overpotential at the cathode and limits the feeding methanol concentration.
The DAWAST model was originally developed to consider the variation of water storage in the unsaturated soil zone and it is a conceptual lumped model. Return flows from agricultural, domestic and industrial water were included to the original result of model simulation to calibrate model parameters of watershed runoff. Agricultural water demand was estimated only in paddy fields supposing that return flow responded at stream was originated from paddy fields. Domestic and industrial water demand was estimated by average daily water demand multiplied monthly variation coefficient. Daily inflow to the Daechung multipurpose dam was applied to verify the DAWAST model considered return flows. On annual average from 1983 to 2001, inflows were simulated to 652.5 mm with return flows considered, which was approached more closer to observed inflow of 667.3 mm, compared with case of 606.8 mm with return flows not considered.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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제20권1호
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pp.12-20
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2009
In this paper, we introduced the large signal model of a PIN diode and presented the measurement methods for each parameter of the large signal model. The elements of the PIN diode model are classified into the elements with a constant value and the elements depending on the junction voltage. We implemented the constant elements by lumped elements and the voltage-dependent elements by a SDD in ADS. The developed large signal model was successfully worked with various circuit simulations, such as simple DC, AC, S-parameter, Transient, and HB simulations. In order to verify the developed large signal model, we compared that the measured results of a limiter and a attenuator with the simulated results using the PIN diode model, which are in good agreement.
Hwang, Ha Sun;Rhee, Han Pil;Lee, Sung Jun;Ahn, Ki Hong;Park, Ji Hyung;Kim, Yong Seok
Journal of Korean Society on Water Environment
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제32권6호
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pp.589-599
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2016
Implemented since 2004, TPLC (Total Pollution Load Control) is the most powerful water-quality protection program. Recently, uncertainty of prediction using steady state model increased due to changing water environments, and necessity of a dynamic state model, especially the watershed model, gained importance. For application of watershed model on TPLC, it needs to be feasible to adjust the relationship (mass-balance) between discharged loads estimated by technical guidance, and arrived loads based on observed data at the watershed outlet. However, at HSPF, simulation is performed as a semi-distributed model (lumped model) in a sub-basin. Therefore, if the estimated discharged loads from individual pollution source is directly entered as the point source data into the RCHRES module (without delivery ratio), the pollutant load is not reduced properly until it reaches the outlet of the sub-basin. The hypothetic RCHRES generated using the HSPF BMP Reach Toolkit was applied to solve this problem (although this is not the original application of Reach Toolkit). It was observed that the impact of discharged load according to spatial distribution of pollution sources in a sub-basin, could be expressed by multi-segmentation of the hypothetical RCHRES. Thus, the discharged pollutant load could be adjusted easily by modification of the infiltration rate or characteristics of flow control devices.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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제4권1호
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pp.62-74
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2002
The tracking of a reference temperature trajectory in a polymerization batch reactor is a common problem and has critical importance because the quality control of a batch reactor is usually achieved by implementing the trajectory precisely. In this study, only energy balances around a reactor are considered as a design model for control synthesis, and material balances describing concentration variations of involved components are treated as unknown disturbances, of which the effects appear as time-varying parameters in the design model. For the synthesis of a tracking controller, a method combining the input-output linearization of a time-variant system with the parameter estimation is proposed. The parameter estimation method provides parameter estimates such that the estimated outputs asymptotically follow the measured outputs in a specified way. Since other unknown external disturbances or uncertainties can be lumped into existing parameters or considered as another separate parameters, the method is useful in practices exposed to diverse uncertainties and disturbances, and the designed controller becomes robust. And the design procedure and setting of tuning parameters are simple and clear due to the resulted linear design equations. The performances and the effectiveness of the proposed method are demonstrated via simulation studies.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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제13권5호
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pp.360-368
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2008
A lumped parameter model of Li-ion battery in hybrid electric vehicle(HEV) is constructed and system parameters are identified by using recursive least square estimation for different C-rates, SOCs and temperatures. The system characteristics of pole and zero in the frequency domain are analyzed with the parameters obtained from different conditions. The parameterized model of a Li-ion battery indicates highly dependent of temperatures. To estimate SOC and polarization voltage, a Luenberger state observer is utilized. The P- or PI-gains of observer based on a suitable natural frequency and damping ratio is adopted for the state estimation. Satisfactory estimation accuracy of output voltage and SOC is especially obtained by a PI-gain. The feasibility of the proposed estimation method is verified through experiment under the conditions of different C-rates, SOCs and temperatures.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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제40권3호
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pp.10-17
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2003
In this paper, genetic algorithm (GA)-based Thin Film Bulk Acoustic Resonator (FBAR) RF filter design technique is proposed. Since the BVD(Butterworth-Van Dyke) lumped element model is valid only around the resonance, FBAR filter design technique based on BVD circuit has an approximate error. Instead of using BVD model, optimizing filter design method utilizes an analytical electrical impedance equation of FBAR. The geometry of FBAR such as thickness of the piezoelectric layer and area which significantly affect the filter response is optimized by GA. US-PCS Rx Bandpass filter obtained by the proposed technique shows a better response comparing with the typical and BVD-based filter.
Kim, Hyun-Sil;Kim, Jae-Seung;Kang, Hyun-Joo;Kim, Bong-Ki;Kim, Sang-Ryul
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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제21권1E호
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pp.12-17
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2002
Two improvements are discussed in measurement of the complex Young's modulus of the acoustic materials by using the transfer function method. It is found that the accelerometer misalignment might result in the severe measurement error, particularly in high frequency range. The supporting structure is modified to attach the upper and lower accelerometers along the vertical axis. Secondly, the method fur solving the equation associated with wave model is described. The solution of the lumped mass-spring model is chosen as the starting value for low frequency range, while in the mid and high frequency, the solution to the previous frequency step is used as the initial values. Measurements are done for hard and soft rubber specimens. It is shown that the erroneous peaks in the transfer function, due to the measurement error, cause highly incorrect Young's modulus and loss factors.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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제20권5호
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pp.431-439
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2017
Since the power transmission line(PTL) passes through the high mountain and heavy snowfall region, it is necessary to keep the stability of the PTL. In this study, PTL is modeled as a mass-spring-damper system by using RecurDyn. The lumped mass model is verified by calculated from the simulation comparing the deflection analysis according to the sag and tension. In order to analyze the dynamic behavior of PTL, a damping coefficient for a multi-body model is derived by using the free vibration test and Rayleigh damping theory. Sleet jump simulation according to the region is performed. The maximum jump height, icing sag and amount of jump are confirmed. Also, the amount of jump and the reaction force at the supporting point according to the tension and load of ice are analyzed, respectively. As a result, it is noted that the amount of jump and reaction force are influenced more by the load of ice than by the tension of PTL.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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제15권6호
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pp.749-756
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2005
This paper presents vibration analyses of hard disk drive (HDD) spindle systems based on the finite element method. The systems under investigation have a cantilevered shaft rotating on hydrodynamic bearings. In particular, the influence of stator's flexibility on major modes has been taken into account in dual ways lumped and distributed-parameter model approfches. Even the latter employs relatively macroscopic elements instead of extremely fine ones Popular in commercial codes. In order to prove the effectiveness of such formulated models, two types of HDD prototypes featuring different hub and stator structures are selected as examples. Compared to the first, the second type has a reinforced stator that would raise the natural frequency of the hub's translational (or sideway) mode. Both free and forced vibration characteristics are computed, and subsequently compared with the experimental data. It is our conclusion that Particularly the Proposed distributed model method is an efficient design tool for state-of-the-art HDD spindle systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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