This paper presents a hybrid numerical approach, which combines a two-phase Navier-Stokes model (NS) and the fully nonlinear potential theory (FNPT), for modelling wave-structure interaction. The former governs the computational domain near the structure, where the viscous and turbulent effects are significant, and is solved by OpenFOAM/InterDyMFoam which utilising the finite volume method (FVM) with a Volume of Fluid (VOF) for the phase identification. The latter covers the rest of the domain, where the fluid may be considered as incompressible, inviscid and irrotational, and solved by using the Quasi Arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element method (QALE-FEM). These two models are weakly coupled using a zonal (spatially hierarchical) approach. Considering the inconsistence of the solutions at the boundaries between two different sub-domains governed by two fundamentally different models, a relaxation (transitional) zone is introduced, where the velocity, pressure and surface elevations are taken as the weighted summation of the solutions by two models. In order to tackle the challenges associated and maximise the computational efficiency, further developments of the QALE-FEM have been made. These include the derivation of an arbitrary Lagrangian-Eulerian FNPT and application of a robust gradient calculation scheme for estimating the velocity. The present hybrid model is applied to the numerical simulation of a fixed horizontal cylinder subjected to a unidirectional wave with or without following current. The convergence property, the optimisation of the relaxation zone, the accuracy and the computational efficiency are discussed. Although the idea of the weakly coupling using the zonal approach is not new, the present hybrid model is the first one to couple the QALE-FEM with OpenFOAM solver and/or to be applied to numerical simulate the wave-structure interaction with presence of current.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.4
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pp.243-252
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2021
The present study aims to investigate the interaction of a wire-type turbulence stimulator and the laminar boundary layer on a flat plate by flow field measurement. For the towing tank tests, a one-dimensional Laser Doppler Velocimetry (LDV) attached on a two-axis traverse was used to measure the streamwise velocity component of the boundary layer flow in zero pressure gradient, disturbed by a turbulence stimulator. The wire diameter was 0.5 and 1.0 mm according to the recommended procedures and guidelines suggested by the International Towing Tank Conference. Turbulence development by the stimulator was identified by the skin friction coefficient, mean and Root Mean Square (RMS) of the streamwise velocity. The laminar boundary layer with the absence of the wire-type stimulator was similar to the Blasius solution and previous experimental results. By the stimulator, the mean and RMS of the streamwise velocity were increased near the wall, showing typical features of the fully developed turbulent boundary layer. The critical Reynolds number was reduced from 2.7×105 to 1.0×105 by the disturbances caused by the wire. As the wire diameter and the roughness Reynolds number (Rek) increased, the disturbances by the stimulator increased RMS of the streamwise velocity than turbulent boundary layer.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2015.05a
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pp.53-53
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2015
Basin-scale motions in a stratified lake rely on interactions of spatially and temporally varying wind force, bathymetry, density variation, and earth's rotation. These motions provide a major driving force for vertical and horizontal mixing of inorganic and organic materials, dissolved oxygen, storm water and floating debris in stratified lakes. In Lake Tahoe, located between California and Nevada, USA, basin-scale circulations are obviously important because they are directly associated with the fate of the suspended particulate materials that degrade the clarity of the lake. A three-dimensional hydrodynamic model, ELCOM, was applied to Lake Tahoe to investigate the underlying mechanisms that determine the characteristics of basin-scale circulations. Numerical experiments were designed to examine the relative effects of various mechanisms responsible for the horizontal circulations for two different seasons, summer and winter. The unique double gyre, a cyclonic northern gyre and an anti-cyclonic southern gyre, occurred during the winter cooling season when wind stress curl, stratification, and Coriolis effect were all incorporated. The horizontal structure of the upwelling and downwelling formed due to basin-scale internal waves found to be closely related to the rotating direction of each gyre. In the summer, the spatially varying wind field and the Coriolis effect caused a dominant anti-cyclonic gyre to develop in the center of the lake. In the winter, a significant wind event excited internal waves, and a persistent (2 week long) cyclonic gyre formed near the upwelling zone. Mechanism of the persistent cyclonic gyre is explained as a geostrophic circulation ensued by balancing of the baroclinc pressure gradient (or baroclinic instability) and Coriolis effect. Topographic effect, examined by simulating a flat bathymetry with constant depth of 300m, was found to be significant during the winter cooling season but not as significant as the wind curl and baroclinic effects.
Lee, Tae-Rim;Hwang, Sun-Hwee;Seo, Kyoung Won;Song, Kun Ho
Journal of Veterinary Clinics
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v.37
no.6
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pp.311-316
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2020
Biomarkers used in dogs with heartworm disease include N-terminal pro B-type natriuretic peptide (NT-proBNP) and cardiac troponin I (cTnI), which are associated with damage to the myocardium. Pulmonary hypertension is one of the clinical signs of canine heartworm disease. The purpose of this study is to investigate the change in the concentration of each biomarker, severity of pulmonary hypertension and the correlation between biomarkers according to the severity of clinical signs. Five healthy dogs and 10 heartworm-infected dogs were recruited for the study. The heartworm-infected group was classified based on the history, clinical signs, and blood assay, thoracic radiography, and echocardiography after confirming the infection according to the results of the commercial ELISA kit (SNAP test, IDEXX Laboratories, Maine, USA). NT-proBNP was higher in the severely infected group than the control group (p < 0.05); cTnI was also higher in the severely infected group than the control group (p < 0.05). The pressure gradient of pulmonary hypertension was higher in the severe group than the mild group (p < 0.05). The severity of pulmonary hypertension was correlated with NT-proBNP (r = 0.818, p < 0.01), cTnI (r = 0.894, p < 0.01). When the correlation of the two serum values for each group was examined, a correlation was not found in the mild group (r = 0.707, p = 0.182), but a correlation was found in the severe group (r = 0.9, p < 0.05). NT-proBNP and cTnI were significantly increased and correlated with severe clinical signs. Pulmonary hypertension was significant higher in the severe group than in the mild group (p < 0.05). Evaluation of blood biomarker concentration and severity of pulmonary hypertension and referring to each correlation between these indicators may be helpful to assess the severity of the heartworm disease.
Objectives: Ephedra sinica and Wolbigachul-tang which contains Ephedra sinica are used to treat obesity in Korean medicine. The aim of this study was to analyze the quantities of ephedrine alkaloids by high-performance liquid chromatography. Methods: The analysis was performed using a YMC-Triat C18 column with operating at 25℃, and UV detection at 210 nm. The mobile phase used a gradient flow with 0.1% H3PO4 in water and acetonitrile. Specificity, linearity, precision, accuracy, limit of detection, and limit of quantification were measured for validation anaylsis. This method was applied to analyze the quantities of ephedrine alkaloids in Ephedra sinica and Wolbigachul-tang. Results: The concentration per Ephedra sinica (gram) of ephedrine and pseudoephedrine in Ephedra sinica decoction are 4.74±0.22 mg and 2.19±0.10 mg, respectively and in Wolbigachul-tang decoction are 6.39±0.34 mg and 2.97±0.21 mg, respectively. The retention time of ephedrine was 23.6 min and that of pseudoephedrine was 25.8 min, and norephedrine and methylephedrine were not detected. Conclusions: In conclusion, analyzed the concentration of ephedrine alkaloids in Ephedra sinica and Wolbigachul-tang by the developed validation method.
Lee, Eunsongyi;Lee, Jun Min;Jeon, Kye Jin;Lee, Wooyoung
Korean Journal of Metals and Materials
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v.47
no.6
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pp.372-377
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2009
We report on hysteresis behavior in the electrical resistance-hydrogen concentration of Pd thin films. The variation of the electrical resistance has been investigated during the process of absorption and desorption of hydrogen gas ($H_{2}$) as a function of thickness of Pd thin films. The hysteresis behavior in the electrical resistance with $H_{2}$ concentration was found for Pd thin films and consists of $\alpha$ phase, ${\alpha}+{\beta}$ phase, and $\beta$ phase regions. The sensitivity of Pd thin films with $H_{2}$ concentration was found to follow Sieverts' law in the $\alpha$ phase region. However, the sensitivity was observed to increase abruptly with $H_{2}$ concentration in the ${\alpha}+{\beta}$ phase co-exist region. This is because Pd-H interaction is stronger in the $\beta$ phase than in the $\alpha$ phase and needs a higher concentration gradient as a driving force to desorb. The formation of the $\beta$ phase also was observed to cause the structural change because of the lattice expansion during absorption. The hysteresis height and the trace of structural change were affected by the thickness of the Pd film. As the film becomes thinner, the hysteresis height becomes lower and the amount of delamination on the surface becomes smaller. For films thinner than 20 nm in thickness, the delamination was not found but electrical resistance hysteresis was still observed.
In the case of harbor structures, it is important to understand the characteristics of structures that are subjected to repeated loads as they are structures that receive repetitive loads such as wave pressure as well as static loads. In this study, the lateral resistance according to the pile embeded depth of the block breakwater reinforced with piles by cyclic lateral loads was obtained through an model experiment. As the depth of embedment of the pile increased, the lateral resistance showed a tendency to increase. As the load was repeated, the gradient of the lateral resistance gradually appeared to be gentle. The bending moment of the rear pile was larger than that of the front pile. The bending moment of piles in the ground was similar to that when the pile head was free in the cohesionless of Broms (1964).
Pechstein, Astrid;Krommer, Michael;Humer, Alexander
Smart Structures and Systems
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v.30
no.3
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pp.221-237
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2022
This paper is concerned with nonlinear modeling and efficient numerical simulation of electrostrictive materials and structures. Two types of such materials are considered: relaxor ferroelectric ceramics and electrostrictive polymers. For ceramics, a geometrically linear formulation is developed, whereas polymers are studied in a geometrically nonlinear regime. In the paper, we focus on constitutive modeling first. For the reversible constitutive response under consideration, we introduce the augmented Helmholtz free energy, which is composed of a purely elastic part, a dielectric part and an augmentation term. For the elastic part, we involve an additive decomposition of the strain tensor into an elastic strain and an electrostrictive eigenstrain, which depends on the polarization of the material. In the geometrically nonlinear case, a corresponding multiplicative decomposition of the deformation gradient tensor replaces the additive strain decomposition used in the geometrically linear formulation. For the dielectric part, we first introduce the internal energy, to which a Legendre transformation is applied to compute the free energy. The augmentation term accounts for the contribution from vacuum to the energy. In our formulation, the augmented free energy depends not only on the strain and the electric field, but also on the polarization and an internal polarization; the latter two are internal variables. With the constitutive framework established, a Finite Element implementation is briefly discussed. We use high-order elements for the discretization of the independent variables, which include also the internal variables and, in case the material is assumed incompressible, the hydrostatic pressure, which is introduced as a Lagrange multiplier. The elements are implemented in the open source code Netgen/NGSolve. Finally, example problems are solved for both, relaxor ferroelectric ceramics and electrostrictive polymers. We focus on thin plate-type structures to show the efficiency of the numerical scheme and its applicability to thin electrostrictive structures.
A design factor analysis was conducted to reduce the thrust reduction in the off-design, due to the driving of the aerospike pintle nozzle. The close (NPR 100) as well as the open (NPR 11) stroke were fixed, as under-expansion conditions. The pintle contour, pintle head radius (R), cowl angle (θ), and cowl exit length (L) were selected as design factors. The change in thrust was analyzed, using a verified numerical analysis technique. First, the pintle head radius and the length of the cowl exit had little influence on the thrust. The cowl angle changed the mass flow rate by affecting the effective nozzle throat area, and created a reverse pressure gradient at the cowl exit. As a result of applying the dual aerospike contour, it was confirmed that the thrust in the design-off increased by approximately 1.2%, compared to the reference case and by approximately 3.4% compared to the worst case.
Park, E.S.;C.H. Jung;J.J. Myung;J.Y. Hong;Kim, M.K.
Proceedings of the Korea Association of Crystal Growth Conference
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1999.06a
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pp.419-431
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1999
InP, III-V binary compound semiconductor, single crystal was grown by VGF (vertical gradient freeze) method using quartz ampoule and its electrical optical properties were investigated. Phosphorous powders were put in the bottom of quartz ampoule and Indium metal changed in conical quartz crucible hat was attached at the upper side position inside the quartz ampoule. It was vacuous under the pressure of 10-5 Torr and sealed up. In metal in the quartz crucible was melted at 1070$^{\circ}C$ and phophorous sublimated at 450$^{\circ}C$, there after it was diffused in In melt and so InP composition was formed. By cooling the InP composition melt (2$^{\circ}C$∼5$^{\circ}C$/hr of cooling rate) in range of 1070$^{\circ}C$∼900$^{\circ}C$, InP crystal was grown. the grown InP single crystals were investigated by X-ray analysis and polarized optical microscopy. Electrical properties of them were measured by Van der Pauw method. At the cooling rate of 2$^{\circ}C$/hr, its direction was (111), quality of the ingot ws better upper side of the ingot than lower. It was found that the InP crystals were n-type semiconductor and the carrier concentration, electron mobility and relative resistivity were 1015∼1016/㎤, 2x103∼3x104$\textrm{cm}^2$/Vsec and 2x10-1∼2x10-3Ωcm in the range of 150K∼300K, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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