• Title, Summary, Keyword: Porous Media

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병렬알고리즘 이용한 비압축, 비투과성 포화 다공질매체의 혼합유한요소해석 (The Mixed Finite Element Analysis for Nearly Incompressible and Impermeable Porous Media Using Parallel Algorithm)

  • 탁문호;강윤식;박대효
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • v.23 no.4
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    • pp.361-368
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    • 2010
  • 본 논문에서는 Park and Tak(2010)이 제안한 다공질매체 스태거드 방법의 효율성을 제고하기 위해 MPI(Message- Passing Interface) 라이브러리를 통한 병렬해석이 소개된다. 이를 위해 비압축, 비투과성 포화 다공질매체와 FEM을 통한 스태거드 방법이 간략히 소개된다. 그리고 병렬해석을 위한 MPI 라이브러리를 소개하고 스태거드 방법에 블록킹, 논블록킹 MPI 라이브러리를 접목시킨 병렬해석 알고리즘을 제안한다. 여기서는 변위와 간극수압 계산에서의 CPU 할당방법과 MPI 통신 규약을 통한 효율적인 프로그래밍 방법을 제시하고, 수치효율성을 검증하기 위한 2차원 모델의 순차해석과 병렬 해석 결과 값들을 요소개수에 따라 계산시간이 비교 검증된다.

다공성 매질 내에서 메탄 하이드레이트의 분해에 의한 2 상 유동 해석 (Simulation of Two Phase Flow in Porous Media After Disso of Methane Hydrates)

  • 장동근;김남진;이재용;김종보
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • pp.241-246
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    • 2000
  • Gas hydrates are solid solutions when water molecules are linked through hydrogen bondin create host lattice cavities that can enclose a large variety of guest gas molecules. The natural hydrate crystal may exist at low temperature above the normal freezing point of water and pressure greater than about 30 bars. A lot of quantities of natural gas hydrates exists in the ear many production schemes are being studied. In the present investigation, depressurization method considered to predict the production of gas and the simulation of the two phase flow - gas and - in porous media is being carried out. The simulation show about the fluid flow in porous have a variety of applications in industry. Results provide the appearance of gas and water prod the pressure profile, the saturation of gas/ water/ hydrates profiles and the location of the pl front.

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Two-scale approaches for fracture in fluid-saturated porous media

  • de Borst, Rene;Rethore, Julien;Abellan, Marie-Angele
    • Interaction and multiscale mechanics
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    • v.1 no.1
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    • pp.83-101
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    • 2008
  • A derivation is given of two-scale models that are able to describe deformation and flow in a fluid-saturated and progressively fracturing porous medium. From the micromechanics of the flow in the cavity, identities are derived that couple the local momentum and the mass balances to the governing equations for a fluid-saturated porous medium, which are assumed to hold on the macroscopic scale. By exploiting the partition-of-unity property of the finite element shape functions, the position and direction of the fractures are independent from the underlying discretization. The finite element equations are derived for this two-scale approach and integrated over time. The resulting discrete equations are nonlinear due to the cohesive crack model and the nonlinearity of the coupling terms. A consistent linearization is given for use within a Newton-Raphson iterative procedure. Finally, examples are given to show the versatility and the efficiency of the approach.

격자볼쯔만법을 이용한 다공체의 유동특성 분석방법 개발에 관한 연구 (Development of Numerical Technique to Analyze the Flow Characteristics of Porous Media Using Lattice Boltzmann Method)

  • 김형민
    • 대한기계학회논문집B
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    • v.40 no.11
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    • pp.689-695
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    • 2016
  • 연료전지의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요소 중에 하나가 가스확산층과 촉매층에서 물의 거동이다. 따라서 가스확산층의 특성에 따른 유체의 거동의 변화를 이해하는 것은 연료전지의 성능개선과 가스확산층의 설계를 위한 필수적인 요소이다. 이 연구에서는 가스확산층의 설계요소인 기공도, 굴곡도와 유효확산계수를 수치적으로 계산할 수 있는 방법을 제안한다. 제안한 방법의 검증을 위하여 지름이 일정한 구형입자를 이용하여 기공도가 다른 다공체를 만들고 구형입자에 Bounceback 조건을 적용한 격자 볼쯔만법 유동해석을 수행하였다. 다공체 내의 유동효과를 나타내는 투과도는 다공체에 의한 압력강하와 평균유속으로 계산하고, 질량이 없는 입자의 평균 다공체 통과 거리로부터 계산한 굴곡도와 기공도를 이용하여 계산한 유효확산계수를 Neale의 이론식과 비교하여 정확하게 일치하는 것을 확인하였다. 이 방법은 실제 다공체의 이미지를 이용한 계산에도 수정없이 이용할 수 있어 연료전지의 성능향상과 설계를 위한 가스확산층의 특성분석에 활용될 수 있다.

다공성 매체의 차원 분열 모델 적용에 의한 토양과 상토의 공극분포와 보수력 비교 (Comparison in Porous Structure and Water Eetention with the Different Porous Media by Fractal Fragmentation Model)

  • 오동식;김이열;정영상
    • 한국토양비료학회지
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    • v.40 no.3
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    • pp.189-195
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    • 2007
  • Riew와 Sposito의 차원 분열 모델을 적용하여 토양과 상토를 대상으로 다공성 매체의 공극 분포와 보수력 비교를 시도하였다. 토양 시료는 라이시메터에서 2" 코아로 채취하였다. 상토 시료는 코코피트, 제올라이트 및 펄라이트를 혼합하여 아크릴 코아(100 mL)에 충진하여 조제하였다. 식 D=log(N)/log(1/r)를 포함한 차원 분열 모델에 의한 계산 Excell 프로그램을 작성하고, 이에 의해 분획된 다공성 매질을 이루는 보다 작은 크기(부피)의 매질 분획 상수인 N 값과 자기유사 비율 r 값을 얻었다. 이에 의해 대상 토양과 상토의 공극 분포와 빈도에 대한 자료를 얻을 수 있었다. 그 결과 라이시메타 토양은 상토 보다 더 넓은 공극 분포를 갖으며, 이에 비해 평균 공극크기는 상토 보다 라이시메타 토양에서 적은 것으로 해석되었다. 또한 공극크기(${\gamma}$) 분포에 따른 토양, 상토의 보수력은 토양은 상당한 단계의 토양수분이 빠져 나갔을 때 포장용수량(FC, 30kPa) 상태에 이르고, 상토는 비교적 적은 단계에서 포장용수량에 이르는 것으로 나타났다.

비정수압 수치모형을 이용한 다공성 구조물의 유동에 관한 수치적 연구 (A Numerical Study on Flow in Porous Structure using Non-Hydrostatic Model)

  • 신충훈;윤성범
    • 한국해안·해양공학회논문집
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    • v.30 no.3
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    • pp.114-122
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    • 2018
  • 본 연구는 다공성 구조물과의 파랑의 상호 작용을 수치모의하기 위한 비정수압 수치모형인 SWASH를 소개한다. 이 수치모형은 ${\sigma}$-좌표계에 Volume Averaged Reynolds Averaged Navier-Stokes(VARANS)을 지배방정식으로 다공성 매체에서의 유동을 계산한다. 다공성 매체에서의 유동을 고려하기 위해 사용된 경험적 저항 계수는 보정 작업이 필요하다. 본 연구에서는 수치모형에 사용된 경험적 저항 계수를 다공성 매체를 통과하는 댐 붕괴 실험과 다공성 구조물과 고립파의 상호 작용에 대한 실험을 이용하여 보정 및 검증하였다. 실험 결과와 수치실험 결과는 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. 또한 비정수압 수치모형인 SWASH가 VOF 접근법을 기반으로 하는 3차원 다공성 유동 모델보다 계산상 훨씬 더 효율적이라는 것이 확인되었다.

THE TRANSPORT OF NUCLEAR CONTAMINATION IN FRACTURED POROUS MEDIA

  • Jim-Douglas, Jr.;Anna M.Spagnuolo
    • 대한수학회지
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    • v.38 no.4
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    • pp.723-761
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    • 2001
  • The objects of this paper are to formulated a model for the transport of a chain of radioactive waste products in a fractured porous medium, to devise an effective and efficient numerical method for approximating the solution of the model, and to demonstrated the convergence of the numerical method. The formulation begins from a model in an unfractured (single porosity) medium, passes through a double porosity model in a fractured medium, and ends with a modified single porosity model that takes the relevant time scales of the flow and the nuclear decay.

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유전율법을 이용한 다공질 매질의 공극률 및 유효공극률의 측정에 관한 연구 (Determination of porosity and effective porosity of saturated porous media using a permittivity method in the laboratory)

  • 김만일;니시가끼마코토
    • 지질공학
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    • v.13 no.4
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    • pp.419-428
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    • 2003
  • 지반을 대상으로 지하수의 이동 및 오염물질 침투에 대한 평가를 위해, 지반을 구성하고 있는 매질의 공극률과 유효공극률을 파악하는 것은 매우 중요하다. 이들은 물질 이동을 결정하는 중요한 물리적 파라메터이다. 본 연구에서는 새로운 유전율 시스템인 FOR-V (Frequency domain reflectometry with vector network analyzer)를 적용하여 표준사 (Standard sand)와 강모래 (River sand)에 대한 공극률 및 유효공극률을 측정하기 위한 실험적 연구를 실시하였다. 또한, 이들을 측정하기 위해, 다공질 매질에 대한 유전율상수의 특성을 고려한 유전율 믹싱모델 (dielectric FDR-V 시스템을 적용한 주입실험 (Injection test)과 주입물질의 농도를 측정하는 치환실험 (Replacement test)을 수행하였다. 두 종류의 실험 결과치를 비교한 결과, 측정된 유효공극률을 공극률과 비교해 보면, 약 85 - 92 %의 범위 내에 존재하는 것으로 측정되었다. 일반적인 흙의 유효공극률은 공극률에 대해 약 90 % 범위 내에 분포하고 있는 것으로 알려져 있으나, 본 연구에서는 다소 낮은 결과치를 보이고 있다. 이러한 현상은 시스템의 측정 프로브의 측정 범위가 직경 0.36 cm의 동축측정프로브 끝부분에서 이루어져 비교적 작기 때문에 제작된 흙 시료전 체적에 대한 유효공극률의 결과치이기 보다는 프로브가 위치한 지점에 대한 측정치로 판단된다. 이러한 측정 프로브의 특성을 고려해 볼 때, FDR-V 시스템은 연구자가 의도한 연구에 따라 특정 지점에 대한 지반의 정밀한 물리적 특성을 파악할 수 있을 것으로 사료된다.

A Study on Measuring Electrical Capacitance to Access the Volumetric Water Content of Simulated Soil

  • Rial, W.S.;Han, Y.J.
    • Agricultural and Biosystems Engineering
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    • v.1 no.1
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    • pp.30-37
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    • 2000
  • Wet porous media representing agronomic soil that contains variable water content with variable electrolyte concentration was measured to study the shape of the curves of the electric double layer capacitance versus frequency (from 10 KHz to 10 MHz. This was done in an attempt to find the lowest practical operating frequency for developing low cost dielectric constant soil moisture probes. Cellulose sponge was used as the porous media. A high frequency electronic bridge circuit was developed for measuring the equivalent network parallel resistance and capacitance of porous media. It appears that the effects of the electric double layer component of the total parallel network capacitance essentially disappear at operating frequencies greater than approximately 25 MHz at low electrolyte concentrations but are still important at 50 MHz at higher concentrations. At these frequencies, the double layer capacitance masks the diffusion region capacitance where true water content capacitance values reside. The general shape of the curve of volumetric water content versus porous media dielectric constant is presented, with an empirical equation representing data for this type of curve. It was concluded that the lowest frequency where dielectric constant values which represent true water content information will most likely be found is between 30 and 50 MHz at low electrolyte concentrations but may be above 50 MHz when the total electrolyte concentration is near the upper level required for most mesophyte plant nutrition.

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