This paper presents a numerical study on tip vortex cavitation inception predictions based on non-spherical bubble dynamics including splitting and jet noise emission. A brief summary of the numerical method and its validation against a laboratory experiment are presented. The behavior of bubble nuclei is studied in a tip vortex flow field at two Reynolds numbers, provided by a viscous flow solver. The bubble behavior is simulated by an axisymmetric potential flow solver with the effect of surrounding viscous flow taken into account using one way coupling. The effects of bubble nucleus size and Reynolds number are studied. An effort to model the bubble splitting at lower cavitation numbers is also described.
Wei, Bing;Wang, Yuanyuan;Wen, Yangbing;Xu, Xingguang;Wood, Colin;Sun, Lin
Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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제68권
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pp.24-32
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2018
Nanocellulose was surface-functionalized toward the applications in enhanced oil recovery (EOR) as a green alternative. The focus of this paper is on the effect of this material based nanofluid (NF) on foam lamella stabilization through studying its bubble breakup dynamics and flow behaviors in constricted mircofluidic devices. The NF stabilized foam produced an improved flow resistance across the capillary largely due to the capillary trapped bubbles at the contraction. The "snap-off" caused the NF stabilized foam to produce finer textured bubbles, which can migrate readily forward to the deep porous media, as revealed by the pressure profiles.
Spacer grid with mixing vane had been widely used in nuclear reactor core. One of the main feather of spacer grid with mixing vane was that strong swirl flow was formed after the spacer grid. The swirl flow not only changed the bubble generation in the near wall field, but also affected the bubble behaviors in the center region of the subchannel. The interaction between bubble and the swirl flow was one of the basic phenomena for the two phase flow modeling in fuel assembly. To obatin better understanding on the bubble behaviors in swirl flow, full three dimension numerical simulations were conducted in the present paper. The swirl flow was assumed in the cylindral calculation domain. The bubble interface was captured by Volume Of Fluid (VOF) method. The properties of saturated water and steam at different pressure were applied in the simulation. The bubble trajectory, motion, shape and force were obtained based on the bubble parameters captured by VOF. The simulation cases in the present study included single bubble with different size, at different angular velocity conditions and at different pressure conditions. The results indicated that bubble migrated to the center in swirl flow with spiral motion type. The lateral migration was mainly related to shear stress magnitude and bubble size. The bubble moved toward the center with high velocity when the swirl magnitude was high. The largest bubble had the highest lateral migration velocity in the present study range. The effect of pressure was small when bubble size was the same. The prelimenery simulation result would be beneficial for better understanding complex two phase flow phenomena in fuel assembly with spacer grid.
The observations of rapid motion of bubbles under water for approximately 50 ms or less in high-magnetic fields of 10 T have been carried out successfully for the first time. The observation system constructed is composed of a high-speed video camera, a telescope, a cryostat with a split-type superconducting magnet, a light source, a mirror and a transparent sample cell. Using this system, the influence of magnetic field on the path and shape of single bubbles of O$_2$ (paramagnetism) and N$_2$ (diamagnetism) has been examined carefully. Experimental values describing the path are in good agreement with theoretical values calculated on the basis of the magneto-Archimedes effect, despite the effect of magnetism on the bubble. However, no effect of magnetism on the shape of the bubble is observed. In addition, the influence of magnetic field on drag coefficient of the bubble is discussed.
In this paper, the air bubble formation mechanism in the rectangular and triangular line-and-space pattern during dispensing UV Nanoimprint Lithography (UV-NIL) at an atmospheric condition is studied. To investigate the air bubble formation, an analytic model based on geometric approach and a numerical model based on CFD(computational fluid dynamics) were used in the analysis. It was found in the numerical analysis that every time the flow front passed through a corner of the pattern, it proceeded with a newly formed shape, occurring due to interface reconfiguration, since the flow fronts were formed such that they minimized the surface energy. Moreover, the conditions for the air bubble formation were investigated by applying the analytic analysis based on geometric approach and the numerical analysis. Good overall agreement was found between the analytic and numerical analysis.
The observations of rapid motion of bubbles under water for approximately 50ms or less in high . magnetic fields of 10 T have been carried out successfully for the first time. The observation system constructed is composed of a high-speed video camera, a telescope, a cryostat with a split-type superconducting magnet, a light source, a mirror and a transparent sample cell. Using this system, the influence of magnetic field on the path and shape of single bubbles of $O_2$(paramagnetism) and $N_2$ (diamagnetism) has been examined carefully. Experimental values describing the path are in good agreement with theoretical values calculated on the basis of the magneto-Archimedes effect, despite the effect of magnetism on the bubble. However, no effect of magnetism on the shape of the bubble is observed In addition, the influence of magnetic field on drag coefficient of the bubble is discussed.
The bubble dynamics induced by direct laser heating is experimentally analyzed as a first step to assess the technical feasibility of laser-based ink-jet technology. To understand the interaction between laser light and ink, the absorption spectrum is measured for various ink colors and concentrations. The hydrodynamics of laser-generated bubbles is examined by the laser-flash photography. When an Ar ion laser pulse (wavelength 488 nm) with an output power up to 600 mW is incident on the ink solution through a transparent window, a hemispherical bubble with a diameter up to ${\sim}100{\mu}m$ can be formed with a lifetime in a few tens of microsecond depending on the laser power and the focal-spot size. Parametric study has been performed to reveal the effect of laser pulse width, output power, ink concentration, and color on the bubble dynamics. The results show that the bubble generated by a laser pulse is largely similar to that produced by a thin-film heater. Consequently, the present work demonstrates the feasibility of developing a laser-actuated droplet generation mechanism for applications in ink-jet print heads. Furthermore, the results of this work indicate that the droplet generation frequency is likely to be further increased by optimizing the process parameters.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제38권10호
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pp.1232-1236
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2014
Numerical models of fluid dynamics inside the micro actuator chamber and nozzle are presented. The models include ink flow from reservoir, bubble formation and growth, ejection through the nozzle, and dynamics of refill process. Since high tapered nozzle is one of the very important parameters for overall actuator performance design. The effects of variations of nozzle thickness, diameter, and taper angles are simulated and some results are compared with the experimental results. It is found that the ink droplet ejection through the thinner and high tapered nozzle is more steady, fast, and robust.
본 연구에서는 날개 끝 와류 공동(Blade-Tip Vortex Cavitation, BTVC)과 이에 기인한 유동 소음을 예측하기 위하여 Eulerian/Lagrangian 연성 해석기법을 제안하였다. 제안한 방법은 크게 연속적인 4단계로 구성되며, 각각 전산유체역학을 이용한 유동장 모사, 와류모델을 이용한 날개 끝 와류의 재구성, 기포 동역학 모델을 이용한 BTVC의 생성, 그리고 음향상사법을 이용한 음향파 예측이다. 일반적으로 전산유체역학 자체가 지니는 고유한 수치감쇠와 과도한 난류 강도로 인해 와류 강도를 심각하게 작게 예측하므로, 유동방향의 날개 끝 와류는 와류모델을 사용하여 재생하였다. 다음으로 Reyleigh-Plesset 방정식에 기반한 기포 동역학 모델을 사용하여 BTVC의 발생과 변화를 모사하였다. 마지막으로 BTVC에 의한 유동소음을 각각의 구형 버블을 그 부피 시간변화율의 변화율에 크기가 비례하는 홀극원으로 모델링하여 예측하였다. 제안한 수치 방법의 유효성을 예측값과 측정값을 비교하여 검토하였다.
한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.167-169
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2003
This paper presents a theoretical study concerning multibubble dynamics in a sound field and the numerical validation for it by employing our new CFD code MTS-DiCUP. In recent papers, the author has shown theoretically that an unknown characteristic frequency, named 'transition frequency,' exists in a multibubble system. For a N -bubble case, up to 2N -1 transition frequencies per bubble have been predicted, only N ones of them correspond to the natural frequencies of the system. The transition frequencies that do not correspond to the natural frequencies give rise to the phase reversal of bubbles' pulsation without resonant response. In this paper, it has been suggested theoretically that those transition frequencies may cause the sign reversal of the secondary Bjerknes force, which is an interaction force acting between acoustically coupled gas bubbles. This theoretical result has been validated by the direct numerical simulation, at least in a qualitative sense.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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