Thermal cracks are cracks that commonly form at early ages in mass concrete. During the concrete pouring process, the elastic modulus changes continuously. This requires the time domain to be divided into several steps in order to solve for the temperature, stress, and displacement of the concrete. Numerical simulations of thermal crack propagation in concrete are more difficult at early ages. To solve this problem, this study divides crack propagation in concrete at early ages into two cases: the case in which cracks do not propagate but the elastic modulus of the concrete changes and the case in which cracks propagate at a certain time. This paper provides computational models for these two cases by integrating the characteristics of the extended finite element algorithm, compiles the corresponding computational programs, and verifies the accuracy of the proposed model using numerical comparisons. The model presented in this paper has the advantages of high computational accuracy and stable results in resolving thermal cracking and its propagation in concrete at early ages.
To assure maximum economic benefits and the energy performance of solar water heating systems, the proper sizing of components and operating conditions need to be optimized. In recent years, a number of studies to design optimally solar water heating systems have been tried. This paper presents a design method for optimizing the various capacity-related and installation-related design variables based on life cycle cost using a genetic algorithm. The design variables considered in this study included the types and numbers of solar collector and auxiliary heaters; the types of storage tanks and heat exchangers; the solar collector slope; mass flow rates of the fluid on the hot and cold sides. The suggested method was applied for optimizing a solar water heating system for an elementary school in Seoul, South Korea. In addition, the effectiveness of the proposed optimization method was assessed by analyzing the obtained optimal solutions of six case studies, each of which was simulated with different solar fractions. It is observed that a trade-off between the equipment cost and the energy cost results in an optimal design that yields the lowest life cycle cost. Therefore, it could be helpful to apply the optimal solar water heating system by comparing the various design solutions obtained by using the optimization method instead of the engineer's experience and intuition.
Water cycle algorithm (WCA) has been a very effective optimization technique for complex engineering problems. This study employs the WCA for simultaneous prediction of heating load (LH) and cooling load (LC) in residential buildings. This algorithm is responsible for optimally tuning a neural network (NN). Utilizing 614 records, the behavior of the LH and LC is explored and the captured knowledge is then used to predict for 154 unanalyzed building conditions. Since the WCA is a population-based algorithm, different numbers of the searching agents were tested to find the most optimum configuration. It was observed that the best solution is discovered by 500 agents. A comparison with five newly-developed benchmark optimizers, namely equilibrium optimizer (EO), multi-tracker optimization algorithm (MTOA), slime mould algorithm (SMA), multi-verse optimizer (MVO), and electromagnetic field optimization (EFO) revealed that the WCANN predicts the desired parameters with considerably larger accuracy. Obtained root mean square errors (1.4866, 2.1296, 2.8279, 2.5727, 2.5337, and 2.3029 for the LH and 2.1767, 2.6459, 3.1821, 2.9732, 2.9616, and 2.6890 for the LC) indicated that the most reliable prediction was presented by the proposed model. The EFONN, however, provided a more time-effective solution. Lastly, an explicit predictive formula was elicited from the WCANN.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.3
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pp.221-225
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2008
This paper presents a self-tuning controller for pressurized water reactor (P.W.R.). This self-tuning controller includes two substantial steps, such as parameter identification and control-law building in each cycle. Extended least square algorithm is used for parameter identification, Kalman filter is used for state estimation, and discrete Riccati equation is used for optimal control. Effectiveness of this algorithm is shown through computer simulation and sensitivity analysis.
Lee, Seungyub;Yoo, Do Guen;Jung, Donghwi;Kim, Joong Hoon
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.6
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pp.4216-4227
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2015
In this study, a model is developed based on Life Cycle Energy Analysis (LCEA) method with Genetic Algorithm (GA) to determine optimal diameter of Water Distribution System (WDS). For hydraulic analysis the EPANET2.0 program is linked with developed model, pipe-aging equation and pipe-breakage equation are built in to developed model to simulate pipe change through life cycle. The model is then applied to two sample WDSs for optimal energy design. After determining optimal diameter for each WDS, the total cost is calculated based on determined diameter and compared with well-known optimal diameter set of each WDS. Results show that optimal energy design of WDSs through the developed model can be an alternative option for optimal design of WDSs for reducing energy with lower in cost.
Lee, Eui Hoon;Lee, Ho Min;Choi, Young Hwan;Kim, Joong Hoon
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.6
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pp.314-321
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2019
The Self-Adaptive Vision Correction Algorithm (SAVCA) developed in this study was suggested for improving usability by modifying four parameters (Modulation Transfer Function Rate, Astigmatic Rate, Astigmatic Factor and Compression Factor) except for Division Rate 1 and Division Rate 2 among six parameters in Vision Correction Algorithm (VCA). For verification, SAVCA was applied to two-dimensional mathematical benchmark functions (Six hump camel back / Easton and fenton) and 30-dimensional mathematical benchmark functions (Schwefel / Hyper sphere). It showed superior performance to other algorithms (Harmony Search, Water Cycle Algorithm, VCA, Genetic Algorithms with Floating-point representation, Shuffled Complex Evolution algorithm and Modified Shuffled Complex Evolution). Finally, SAVCA showed the best results in the engineering problem (speed reducer design). SAVCA, which has not been subjected to complicated parameter adjustment procedures, will be applicable in various fields.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2021.06a
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pp.145-145
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2021
Water distribution networks (WDNs) are designed to satisfy water requirement of an urban community. One of the central issues in human history is providing sufficient quality and quantity of water through WDNs. A WDN consists of a great number of pipelines with different ages, lengths, materials, and sizes in varying degrees of deterioration. The available annual budget for rehabilitation of these infrastructures only covers part of the network; thus it is important to manage the limited budget in the most cost-effective manner. In this study, a novel pipe replacement scheduling approach is proposed in order to smooth the annual investment time series based on a life cycle cost assessment. The proposed approach is applied to a real WDN currently operating in South Korea. The proposed scheduling plan considers both the annual budget limitation and the optimum investment on pipes' useful life. A non-dominated sorting genetic algorithm is used to solve a multi-objective optimization problem. Three decision-making objectives, including the minimum imposed LCC of the network, the minimum standard deviation of annual cost, and the minimum average age of the network, are considered to find optimal pipe replacement planning over long-term time period. The results indicate that the proposed scheduling structure provides efficient and cost-effective rehabilitation management of water network with consistent annual budget.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.22
no.12
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pp.859-866
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2010
This study examined the economics of a solar water heating system for an office building using life cycle cost (LCC) optimization simulations. The numerical simulations were conducted with TRNSYS and GenOpt employing the Hooke-Jeeves algorithm. The solar collector area, slope, mass flow rate per collector area and storage tank volume were selected as the main design parameters of the solar water heating system. The LCC optimization simulations of the system were carried out for cases where water temperature was $60^{\circ}C$ and $50^{\circ}C$. The results showed that for water temperature at $60^{\circ}C$ and $50^{\circ}C$ the collector area could be decreased by 17% and 28%, storage tank volume could be decreased by 49% and 54%, and mass flow rate per collector area increased by 5% and 9% respectively compared to a non-optimized system. The LCC of the system was reduced by 4% for $60^{\circ}C$ and 7% for $50^{\circ}C$. The initial installation cost of the system was reduced by 24% for $60^{\circ}C$ and 34% for $50^{\circ}C$. However, the operating cost of the system increased by 16% for $60^{\circ}C$ and 36% for $50^{\circ}C$ compared to a traditional solar water heating system.
The goal of this research is to propose a way to maximize small modular reactor (SMR) utilization to gain better market feasibility in support of carbon neutrality. For that purpose, a comprehensive tool was developed, combining off-design thermohydraulic models, economic objective models (levelized cost of electricity, annual profit), non-economic models (saved CO2), a parameter input sampling method (Latin hypercube sampling, LHS), and a multi-objective evolutionary algorithm (Non-dominated Sorting Algorithm-2, NSGA2 method) for optimizing a SMR-combined heat and power cycle (CHP) system design. Considering multiple objectives, it was shown that NSGA2+LHS method can find better optimal solution sets with similar computational costs compared to a conventional weighted sum (WS) method. Out of multiple multi-objective optimal design configurations for a 105 MWe design generation rating, a chosen reference SMR-CHP system resulted in its levelized cost of electricity (LCOE) below $60/MWh for various heat prices, showing economic competitiveness for energy market conditions similar to South Korea. Examined economic feasibility may vary significantly based on CHP heat prices, and extensive consideration of the regional heat market may be required for SMR-CHP regional optimization. Nonetheless, with reasonable heat market prices (e.g. district heating prices comparable to those in Europe and Korea), SMR can still become highly competitive in the energy market if coupled with a CHP system.
Today, due to the increase in global population growth, the international community is discussing solving the food problem. The aquaculture industry is emerging as an alternative to solving the food problem. For the innovative growth of the aquaculture industry, smart fish farms that combine the fourth industrial technology are recently being distributed, and full-cycle digitalization is being promoted. Water quality sensors, which are important in the aquaculture industry, are electrochemical portable sensors that check water quality individually and intermittently, making it impossible to analyze and manage water quality in real time. Recently, optically-based monitoring sensors have been developed and applied, but the reliability of monitoring data cannot be guaranteed because the state information of the water quality sensor is unknown. Therefore, this paper proposes an algorithm representing self-diagnosis status such as Failure, Out of Specification, Maintenance Required, and Check Function based on monitoring data collected by water quality sensors to ensure data reliability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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