An efficient segregated algorithm for the coupling of velocity and pressure of incompressible fluid flow, called IDEAL (Inner Doubly-Iterative Efficient Algorithm for Linked-Equations), has been proposed by the present authors. In the algorithm there exist double inner iterative processes for pressure equation at each iteration level, which almost completely overcome two approximations in SIMPLE algorithm. Thus the coupling between velocity and pressure is fully guaranteed, greatly enhancing the convergence rate and stability of solution process. The performance of the IDEAL algorithm for three-dimensional incompressible fluid flow and heat transfer problems is analyzed and a systemic comparison is made between the algorithm and three other most widely-used algorithms (SIMPLER, SIMPLEC and PISO). It is found that the IDEAL algorithm is the most robust and the most efficient one among the four algorithms compared. This new algorithm is used for the velocity prediction of a new interface capturing method -VOSET, also proposed by the present author. It is found that the combination of VOSET and IDEAL can appreciably enhance both the interface capture accuracy and convergence rate of computations.
Shin Chang Hoon;Ha Jong Man;Lee Cheol Gu;Her Jae Young;Im Ji Hyun;Joo Won Gu
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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제29권12호
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pp.1291-1298
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2005
Since the interior shape of a pressure regulator is complex and the change of fluid resistance at each operation condition is rapid and big, the pressure regulator can become the major factor that causes big loss in pipelines. So the suitable pressure regulator modeling by each operation condition is important to obtain reliable results especially in small scale pipeline network analysis. And in order to prevent the condensation and freezing problems, it is needed to confirm both whether temperature recovery is achieved after passing by the pressure regulator's narrow neck and how much amount of low temperature area that can cause condensate accumulation is distributed by various PCV models at every inlet-outlet pressure ratio. In this research, the numerical model resembling P company pressure regulator that is used widely for high pressure range in commercial, is adopted as the base model of CFD analysis to investigate pressure regulator's flow characteristics at each pressure ratio. Additionally it is also introduced to examine pressure regulator's critical flow characteristics and possibility of condensation or freezing at each pressure ratio. Furthermore, the comparison between the results of CFD analysis and the results of analytic solution obtained by compressible fluid-dynamics theory is attempted to validate the results of CFD modeling in this study and to estimate the accuracy of theoretical approach at each pressure ratio too.
Shin Chang Hoon;Ha Jong Man;Lee Cheol Gu;Her Jae Young;Im Ji Hyun;Joo Won Gu
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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제29권12호
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pp.1299-1306
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2005
The suitable pressure regulator modeling at each opening ratio and pressure ratio is very important to obtain reliable results, especially in small scale pipeline network analysis such as a pressure regulator system. And it is needed to confirm both whether temperature recovery is achieved after passing by the pressure regulator's narrow neck and how much amount of low temperature area that can cause condensate accumulation is distributed by various PCV models and driving conditions. In this research, the numerical model resembling P company pressure regulator that is used widely for high pressure range in commercial, is adopted as the base model of CFD analysis to investigate pressure regulator's flow characteristics at each pressure ratio and opening ratio. And it is also introduced to examine pressure regulator's critical flow characteristics and possibility of condensation or freezing at each pressure ratio and opening ratio. Additionally, the comparison between the results of CFD analysis and the results of analytic solution obtained by compressible fluid-dynamics theory is attempted to validate the results of CFD modeling in this study and to estimate the accuracy of theoretical approach at each pressure ratio and opening ratio too.
Kim, Sangroh;Jason W. Sohn;Cho, Byung-Chul;Suh, Tae-Suk;Choe, Bo-Yong;Lee, Hyoung-Koo
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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pp.113-115
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2002
The Monte Carlo simulation method is a numerical solution to a problem that models objects interacting with other objects or their environment based upon simple object-object or object-environment relationships. In spite of its great accuracy, It was turned away because of long calculation time to simulate a model. But, it is used to simulate a linear accelerator frequently with the advance of computer technology. To simulate linear accelerator in Monte Carlo simulations, there are many parameters needed to input to Monte Carlo code. These data can be supported by a linear accelerator manufacturer. Although the model of a linear accelerator is the same, a different characteristic property can be found. Thus, we performed a commissioning process of 6MV photon beam in Varian 2300C/D model with BEAM/EGS4 Monte Carlo code. The head geometry data were put into BEAM/EGS4 data. The mean energy and energy spread of the electron beam incident on the target were varied to match Monte Carlo simulations to measurements. TLDs (thermoluminescent dosimeter) and radiochromic films were employed to measure the absorbed dose in a water phantom. Beam profile was obtained in 40cm${\times}$40cm field size and Depth dose was in 10cm${\times}$10cm. At first, we compared the depth dose between measurements and Monte Carlo simulations varying the mean energy of an incident electron beam. Then, we compared the beam profile with adjusting the beam radius of the incident electron beam in Monte Carlo simulation. The results were found that the optimal mean energy was 6MV and beam radius of 0.1mm was well matched to measurements.
Electron beams have found unique and complementary used in the treatment of cancer, but it's very difficult to delineate dose distribution, because of multi-collisions. Numerical solution is more usefull to describe electron distributed in tissue. A semi-empirical eqution is given for the dose at any point at various depths in water. This equation is a modificated model which was based on solutions of a general age diffusion equation. Parameters have been calulated from electron beams data with energies 6~18MeV form a LINAC for use in computerised dosimetry calculations. The depth doses and isodose curves are predicted as a function of the practical range, source skin distance and field size. Depth dose accuracy have been achieved 2% above 50% depth dose and 5% at lower doses, relative to maximum dose. Also, the shape of the isodose curves with the constrictions at higher dose and bulging ot lower values are accurately predicted. Computer calculated beams have been used to generate ever isodose distribution for certain clinical situations.
An aim of the study is to develop an efficient numerical simulation technique that can handle the two-scale analysis of fluid permeation filters fabricated by the partial sintering technique of small spherical ceramics. A solid-fluid mixture homogenization method is introduced to predict the mechanical characters such as rigidity and permeability of the porous ceramic filters from the micro-scale geometry and configuration of partially-sintered particles. An extended finite element (X-FE) discretization technique based on the enriched interpolations of respective characteristic functions at fluid-solid interfaces is proposed for the non-interface-fitted mesh solution of the micro-scale analysis that needs non-slip condition at the interface between solid and fluid phases of the unit cell. The homogenization and localization performances of the proposed method are shown in a typical two-dimensional benchmark problem whose model has a hole in center. Three-dimensional applications to the body-centered cubic (BCC) and face-centered cubic (FCC) unit cell models are also shown in the paper. The 3D application is prepared toward the computer-aided optimal design of ceramic filters. The accuracy and stability of the X-FEM based method are comparable to those of the standard interface-fitted FEM, and are superior to those of the voxel type FEM that is often used in such complex micro geometry cases.
Nowadays computers can perform symbolic computations in addition to mere number crunching operations for which they were originally designed. Symbolic computation opens up exciting possibilities in Structural Mechanics and engineering. Classical areas have been increasingly neglected due to the advent of computers as well as general purpose finite element software. But now, classical analysis has reemerged as an attractive computer option due to the capabilities of symbolic computation. The repetitive cycles of simultaneous - equation sets required by the finite element technique can be eliminated by solving a single set in symbolic form, thus generating a truly closed-form solution. This consequently saves in data preparation, storage and execution time. The power of Symbolic computation is demonstrated by six examples by applying symbolic computation 1) to solve coupled shear wall 2) to generate beam element matrices 3) to find the natural frequency of a shear frame using transfer matrix method 4) to find the stresses of a plate subjected to in-plane loading using Levy's approach 5) to draw the influence surface for deflection of an isotropic plate simply supported on all sides 6) to get dynamic equilibrium equations from Lagrange equation. This paper also presents yet another computationally efficient and accurate numerical method which is based on the concept of derivative of a function expressed as a weighted linear sum of the function values at all the mesh points. Again this method is applied to solve the problems of 1) coupled shear wall 2) lateral buckling of thin-walled beams due to moment gradient 3) buckling of a column and 4) static and buckling analysis of circular plates of uniform or non-uniform thickness. The numerical results obtained are compared with those available in existing literature in order to verify their accuracy.
The influence of boundary conditions on the bending and free vibration behavior of functionally graded sandwich plates resting on a two-parameter elastic foundation is examined using an original novel high order shear theory. The Hamilton's principle is used herein to derive the equations of motion. The number of unknowns and governing equations of the present theory is reduced, and hence makes it simple to use. This theory includes indeterminate integral variables and contains only four unknowns in which any shear correction factor not used, with even less than the conventional theory of first shear strain (FSDT). Unlike any other theory, the number of unknown functions involved in displacement field is only four, as against five, six or more in the case of other shear deformation theories. Galerkin's approach is utilized for FGM sandwich plates with six different boundary conditions. The accuracy of the proposed solution is checked by comparing it with other closed form solutions available in the literature.
A computer code that is based on the Pseudo-spectral finite difference algorithm using staggered grid is developed for the wave propagation modeling in the time domain. The advantage of a finite difference approximation is that any geometrically complicated media can be modeled. Staggered grids are advantageous as it provides much more accuracy than using a regular grid. Pseudo-spectral methods are those that evaluate spatial derivatives by multiplying a wavenumber by the Fourier transform of a pressure wave-field and performing the inverse Fourier transform. This method is very stable and reduces memory and the number of computations. The synthetic results by this algorithm agree with the analytic solution in the infinite and half space. The time domain modeling was implemented in various models. such as half-space. Pekeris waveguide, and range dependent environment. The snapshots showing the total wave-field reveals the Propagation characteristic or the acoustic waves through the complex ocean environment.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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제29권5호
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pp.471-482
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2016
In this study, we focused on a speed-up of KIESSI-3D program, which is based on FE-IE techniques, by introducing a p-version dynamic infinite element method. In order to evaluate performance of the KIESSI-3D, numerical analyses for eight real-scale SSI problems are carried out. We considered three types of KIESSI-3D numerical models whose radii of near-field soil region($r_0$)are 1.2, 1.5, and 3.0 times of basemat radius of structure(R). In addition, SSI analyses using the SASSI2010 program are carried out used for comparison of accuracy and runtime against those of the KIESSI-3D. Numerical results show that the KIESSI-3D model of $r_0=1.2R$ is enough to give accurate solution. In view of the computing speed, the new KIESSI-3D was up to 25 times faster than the old KIESSI-3D.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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