A comparative analysis of thermal models in the lattice Boltzmann method(LBM) for the simulation of laminar natural convection in a square cavity is presented. A HYBRID method, in which the thermal equation is solved by the Navier-Stokes equation method while the mass and momentum conservation are resolved by the lattice Boltzmann method, is introduced and its merits are explained. All the governing equations are discretized on a cell-centered, non-uniform grid using the finite-volume method. The convection terms are treated by a second-order central-difference scheme with a deferred correction method to ensure stability of the solutions. The HYBRID method and the double-population method are applied to the simulation of natural convection in a square cavity and the predicted results are compared with the benchmark solutions given in the literatures. The predicted results are also compared with those by the conventional Navier-Stokes equation method. In general, the present HYBRID method is as accurate as the Navier-Stokes equation method and the double-population method. The HYBRID method shows better convergence and stability than the double-population method. These observations indicate that this HYBRID method is an efficient and economic method for the simulation of incompressible fluid flow and heat transfer problem with the LBM.
높은 전송률에서 엔트로피 제한 양자화를 수행 시 최적의 양자기는 격자(lattice) 형태의 부호책을 가지는데, 규칙적인 구조로 인하여 양자화 과정이 단순하며, 격자의 형태에 따라 여러 양자화 알고리듬이 제안되어있다. 이러한 격자 벡터 양자기(vector quantizer: VQ)는 표본 적응 프로덕트 양자기(sample-adaptive product quantizer: SAPQ)를 사용하여 구현이 가능하며, 그 출력도 단순하게 엔트로피 부호화가 가능하다. 본 논문에서는 SAPQ에 기초한 엔트로피 부호화 방법을 제안하고, 무기억성(memoryless) 가우시언 분포에 대하여 여러 제안한 격자 VQ를 구현하고 양자화 에러 곡선을 엔트로피에 대하여 구하여 그 성능을 비교하였다. 실험을 통하여 전송률이 증가하면서 균등 분포에 이론적으로 얻는 이득과 비슷한 이득을 무기억성 가우시언 분포에서도 SAPQ의 출력을 엔트로피 부호화함으로 얻을 수 있음을 확인하였다.
The lattice Boltzmann (LB) method has been used to simulate rarefied gas flows in a micro-system as an alternative tool. However, previous results were mainly focused on a simple geometry with flat walls because the LB method is modeled on uniform Cartesian lattices. When previous boundary conditions for the microflows are applied to curved walls, the use of them requires approximation of the curved boundary by a series of stair steps, and introduces additional errors. For macroflows, no-slip curved wall boundary treatments have been developed remarkably in order to overcome these limits. However, the investigations for the slip curved wall boundary have rarely been performed for microflows. In this work, a curved boundary treatment of the LB method for a slip flow has been introduced. The results of the LB method for 2D microchannel and 3D microtube flows are in excellent agreement with the analytical solutions.
Nonlinear Vortex Strength Correction Method is developed for improvement of vortex lattice method which can't calculate the separated flow conditions and the viscous effect. In this method, the vortex strength on the blade surface is determined by matching the lift force from vortex lattice method with the lift force from aerodynamic coefficients table as the same circulation is added to or subtracted from all chord wise vortices. For considering the nonlinearities due to the neighboring blade sections, sophisticated Newton-Rapson algorithm is applied. The validation of this method was done by comparing the simulations with the measurements on the NREL Phase-VI horizontal axis wind turbine(HAWT) in the NASA Ames wind tunnel under uniform conditions. This method gives good agreements with experiments in most cases.
The dependence of the rheological properties of blood on shape, aggregation, and deformability of red blood cells (RBCs) has been investigated using hybrid systems by coupling fluid with solid models. We present a simple approach for simulating blood as a multi-component fluid, in which RBCs are modeled as droplets of acquired biconcave shape. We used lattice Boltzmann method (LBM) due to its excellent numerical stability as a simulation tool. The model enables us to control the droplet static shape by imposing non-isotropic surface tension force on the interface between the two components. The use of the proposed non-isotropic surface tension method is justified by the Norris hypothesis. This hypothesis states that the shape of the RBC is due to a non-uniform interfacial surface tension force acting on the RBC periphery. This force is caused by the unbalanced distribution of the lipid molecules on the surface of the RBC. We also used the same concept to investigate the dynamic shape change of the RBC while flowing through the microvasculature, and to explore the physics of the Fahraeus, and the Fahraeus-Lindqvist effects.
The dependence of the rheological properties of blood on shape, aggregation, and deformability of red blood cells (RBCs) has been investigated using hybrid systems by coupling fluid with solid models. We present a simple approach for simulating blood as a multi-component fluid, in which RBCs are modeled as droplets of acquired biconcave shape. We used lattice Boltzmann method (LBM) due to its excellent numerical stability as a simulation tool. The model enables us to control the droplet static shape by imposing non-isotropic surface tension force on the interface between the two components. The use of the proposed non-isotropic surface tension method is justified by the Norris hypothesis. This hypothesis states that the shape of the RBC is due to a non-uniform interfacial surface tension force acting on the RBC periphery. This force is caused by the unbalanced distribution of the lipid molecules on the surface of the RBC. We also used the same concept to investigate the dynamic shape change of the RBC while flowing through the microvasculature, and to explore the physics of the Fahraeus, and the Fahraeus-Lindqvist effects.
This paper describes a new simulation technique for advection-diffusion phenomena over the sea surface using the lattice Boltzmann method (LBM), capable of predicting oil dispersion from tankers. The LBM is used to solve the pollutant transport problem within the framework of the ocean environment. The sea space is represented by the lattices, where each lattice has the information on oil transportation. Since dispersed oils (i.e., oil droplets) at sea are transported by convection due to waves, buoyancy, and turbulent diffusion, the conservation of mass and many physical oil transport rules were used in the prediction model. Since the LBM is modeled using the uniform lattices and simple rules, it can be easily accelerated by the parallel mechanism, for example, GPU-accelerated method. The proposed model using the LBM is used to simulate a simple pollution event with the oil pollutants of 10,000 kL. The simulation results indicate that the LBM method accelerated with the GPU is 6 times faster than that without the GPU.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제13권1호
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pp.16-18
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2012
LED lighting systems that combine lighting capability, emotional and physiological characteristics are required for lighting source and multifunctional applications. In this work, Simulation studies using optical analysis software packages, Light Tools, are presented. This is done to estimate the uniformity ratio of illuminance and photosynthetic photon flux density (PPFD) of the periodic 2D lattice arrangements, such as square, diamond, two-way bias quadrangular, hexagonal, and Kagome lattices, under the same transmissivity, absorptance and reflectivity. It has been found out that the two-dimensional Kagome lattice arrangement exhibited high uniformity ratio of illuminance and PPFD compared to other lattices. Accordingly, these results can be used to guide a design and improve the lighting environment which in turn would maximize the uniform distributions of illuminance.
An exhaust muffler is one of the simple and effective means to meet the demand for a quiet vehicle, and it deserves a close attention to effectively reduce the engine noise. The transfer function technique is one of the tools that have been used to analyze the noise characteristics of the exhaust muffler. In this paper we obtained a transfer function using the forward-going and backward-going components of sound pressure in the exhaust muffler, which is compatible wiht lattice filter algorithm. This form of transfer function is obtained for the basic elements of a muffler, such as uniform tube, open termin- ation, closed termination, anechoic termination, expansion, contraction, extended-tube resonator, hole, Helmholtz resonator, and concentric hole-cavity resonator. The results are combined to produce the transfer function of various types of mufflers. With this transfer function we calculate the transmission and insertion losses of mufflers, and examined the effects of various design parameters. Comparisons were made between the calculation and experimental results, which showed a good agreement, and we conclude that the transfer function of lattice form can be used to analyze the noise characteristics of the exhaust mufflers.
We have previously demonstrated a microfluidic elastomer, which changes apparent color and could have potential applications in smart windows. The practical use of such functional microfluidic systems requires rapid and uniform fluid displacement throughout the channel network with minimal amount of liquid supply. The goal of this simulation study is to design various microfluidic networks for similar applications including, but not limited to, the color-switching windows and compare the liquid displacement speed and efficiency of the designs. We numerically simulate and analyze the liquid displacement in the microfluidic networks with serpentine, parallel and lattice channel configurations, as well as their modified versions with wide or tapered distributor and collector channels. The data are analyzed on the basis of numerical criteria defined to evaluate the performance of the corresponding functional systems. We found that the lattice channel network geometry with the tapered distributors and collectors provides most rapid and uniform fluid displacement with minimum liquid waste. The simulation results could give an important guideline for efficient liquid supply/displacement in emerging functional systems with embedded microfluidic networks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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