We analyzed the non-Newtonian and non-isothermal flow in a single screw extruder system and investigated the mixing performance with respect to the screw speed and the screw pitch. The viscosity of polymer melt was described with Carreau-Yasuda model. The mixing performance was computed numerically by tracking the motions of particles in the screw element system. The extent of mixing was characterized in terms of the deformation rate, the residence time distribution, and the strain. The results revealed that the high screw speed reduces the residence time but increases the deformation rate while the small screw pitch increases the residence time. It is concluded that the high screw speed increases the dispersive mixing performance and the small screw pitch increases the distributive mixing performance.
The bearing bracket, which has produced by the squeeze casting for the high strength in lightweight part of automobile, was developed by the rheocasting process using the H-NCM slurry. Compared with the squeeze casting, the rheocasting process has some merits such as shortening cycle-time, reducing total weight, and increasing productivity. In this study, partial feeding test was carried out by controlling plunger stroke length and compared with semisolid simulation. Optimal casting parameters such as injection speed and stroke variations were established. Sound products with integral microstructure were obtained by the H-NCM slurry and X-ray analysis also showed the integral condition throughout the entire parts.
This article describes the numerical investigation of blood flow in the stenosed artery bifurcation with acceleration of the human body. Using the commercial software FLUENT, three-dimensional analyses were performed for six simulation cases with different body accelerations and bifurcation angles. The blood flow was considered to be pulsation flow, and the blood was considered to be a non-Newtonian fluid based on the Carreau viscosity model. In order to consider periodic body acceleration, a modified, time-dependent, gravitational-force term was used in the momentum equation. As a result, flow variables, such as flow rate and wall shear stress, increase with body acceleration and decrease with bifurcation angle. High values of body acceleration generate back flow during the diastolic period, which increases flow fluctuation and the oscillatory shear index at the stenosis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.1
s.232
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pp.63-70
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2005
The main objective of the present study is to predict characteristics of three dimensional pulstitile flow by location of stenosis in blood vessel with the second order bifurcation. The present study simulates the incompressible non-Newtonian laminar blood flows using a Fluent V. 6.0. The Carreau model is employed as the constitutive equation for blood. The numerical simulation carried out at five cases without and with symmetry or asymmetry stenosis. It is found that the no stenosis and stenosis before first bifurcation do not have influence on flow at second bifurcated blood vessel. However, the stenosis after first biburcation has effect on flow at second bifurcated blood vessel.
본 논문은 EDISON_CFD를 이용하여 관상동맥 분지관에서 점도에 따른 유체의 유동현상에 관하여 연구를 하였다. 뉴턴유체인 물의 점성계수 일때와 비뉴턴유체인 혈액의 Carreau model에서의 영전단율 점성계수(${\eta}_0$)와 무한전단율 점성계수(${\eta}_{\infty}$)일 때의 유동현상을 살펴보았다. 그 결과 점도가 증가할수록 재순환 영역에서 유체의 속도가 감소하였고 CF 및 CP값이 감소하는 구간의 수가 증가하여 벽면의 저전단응력으로 인해 생기는 재순환영역의 수가 증가하는 것으로 나타났다.
The rheological properties of Wyoming bentonites are strongly influenced by the size of particles, cation exchangeable capacity, arrangement and morphology of clay mineral. This paper presents the results of rheological investigations on the Wyoming bentonites aqueous dispersions: two types of particle flocculation were considered. For the Wyoming bentonite, 0g/L and 30g/L NaCl equivalent salinity were added in fresh and salt water to examine the rheological behavior. This paper examined the general rheological characteristics, compatibility of rheological models and correlation between soil structure and change in rheological properties of Wyoming bentonite caused by increasing salinity. From flow curves of bentonites hydrated with fresh water and salt water, the observed general flow behavior is very close to shear thinning with yield stress (or ideal Bingham fluid with yield stress and plastic viscosity). However, the change of shear stress at the same shear rate is clear, particularly for lower shear rate. Well-known rheological models are used to fit the data. There is a good agreement between rheological model and data: Carreau, Herschel-Bulkley and power-law for S=0g/L and bilinear, Herschel-Bulkley and power-law for S=30g/L. It may be due to the fact that the internal structural bonding (strong modification of particle-particle interactions from edge-to-edge and/or edge-to-face to face-to-face) in soil matrix is affected from the evolution of rheological properties with different salinities.
The importance of shear thinning non-Newtonian blood rheology on the hemodynamic characteristics of idealized cerebral saccular aneurysms were investigated by carrying out CFD simulations assuming two different non-Newtonian rheology models (Carreau and Ballyk models). To explore effects of vessel curvature, a straight and a curved vessel geometry were considered. The wall shear stress(WSS), relative residence time(RRT) and velocity distribution were compared at the different phases of cardiac cycle. As expected, blood entered the aneurysm at the distal neck and created large vortex in both aneurysms, but with higher momentum on the curved vessel. Hemodynamic characteristics such as WSS, and RRT exhibited only minor effects by choice of different rheological models although Ballyk model produced relatively higher effects. We conclude that the assumption of Newtonian fluid is reasonable for studies aimed at quantifying the hemodynamic characteristics, in particular, WSS-based parameters, considering the current accuracy level of medical image of cerebral aneurysm.
Kim Chang Nyung;Oh Taek Yeol;Choi Myung Jin;Jung Sam Doo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.9
s.174
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pp.179-187
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2005
The characteristics of blood flow and the interaction between the blood vessel and blood flow play important roles in plaque cap rupture and the growth of atherosclerosis which may lead directly to a heart attack or a stroke. In this study, carotid arteries with different stenoses have been numerically simulated to investigate the wall shear stress(WSS) and the elastic motion of the vessel. Blood flow has been treated as physiological, laminar and incompressible flow. To model the shear thining behavior of the blood, the Carreau-Yasuda model has been employed but the viscoelasticity of blood has not been considered. The results show that the WSS of $severe(75\%)$ stenosis is much higher than those of $25\%\;and\;50\%$ stenosis in the region of stenosis. With the increase in the stenosis thickness, the expansion ratio of the center of the stenosis decreases while the expansion ratio of the upstream region of the stenosis increases.
The three-dimensional flow analysis using the finite volume method is presented to compare the steady flow characteristics of blood with those of blood substitutes such as water and aqueous polymer solution in an idealized double branching model. The model is used to simlllate the region of the abdominal aorta near the celiac and superior mesenteric branches. Apparent viscosities of blood and the aqueous Separan solution are represented as a function of shear rate by the Carreau model, Water and aqueoiu Separan AP-273 500wppm solution are frequently used as blood substitutes in vitro experiments. Water is a typical Newtonian fluid and blood and Separan solution are non-Newtonian fluids. Flow phenomena such as velocity distribution, pressure variation and wall shear stress distribution of water, blood and polymer solution are quite different due to differences of the rheological characteristics of fluids. Flow phenomena of polymer solution are qualitatively similar to those of blood but the phenomena of water are quite different from those of blood and polymer solution. It is recommended that a lion-Newtonian fluid which exhibits very similar rheological behavior to blood be used in vitro experiments. A non-Newtonian fluid whose rheological characteristics are very similar to those of blood should be used to obtain the meaninylll hemodynamic data for blood flow in vitro experiment and by numerical analysis
Interaction of blood flow and leaflet behavior in a bileaflet mechanical heart valve was investigated using computational analysis. Blood flows of a Newtonian fluid and a non-Newtonian fluid with Carreau model were modeled as pulsatile, laminar, and incompressible. A finite volume computational fluid dynamics code and a finite element structure dynamics code were used concurrently to solve the flow and structure equations, respectively, where the two equations were strongly coupled. Physiologic ventricular and aortic pressure waveforms were used as flow boundary conditions. Flow fields, leaflet behaviors, and shear stresses with time were obtained for Newtonian and non-Newtonian fluid cases. At the fully opened phase three jets through the leaflets were found and large vortices were present in the sinus area. At the very final stage of the closing phase, the angular velocity of the leaflet was enormously large. Large shear stress was found on leaflet tips and in the orifice region between two leaflets at the final stage of closing phase. This method using fluid-structure interaction turned out to be a useful tool to analyze the different designs of existing and future bileaflet valves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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