Bin Wang;Shengran Hao;Shu Liu;Duote Liu;Yongle Li;Haicui Wang
Wind and Structures
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v.39
no.3
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pp.207-222
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2024
This paper presents a numerical simulation method for snow drift that takes into account the cohesion effect of snow particles. The critical state of free collapse accumulation of idealized snow particles is used to indirectly infer the effect of interparticle interactions on snow transport and re-accumulation. With the help of the Hertz-Mindlin with JKR cohesion contact model, the particle angle of repose is calibrated with a number of contact parameters through numerical experiment. The surface energy for a given property of snow particles is determined using the observed snow angle of repose, and a continuous-discrete snow drift two-way coupled numerical model incorporating these optimized contact parameters is developed. The snow redistribution pattern on a stepped flat roof structure is simulated, and the results are found to be consistent with those of the field measured in terms of phenomena and general laws, verifying the achievability and effectiveness of the presented method. To eliminate the influence of environmental conditions, wind tunnel tests are also conducted, and it is found that the reconstructed depth and reaccumulated angle of snowdrift resulting from the numerical simulation are in closer agreement with the experimental results, further confirming the enhancement achieved by introducing the contact effect.
Surface energy is an important factor in determining the performance of application components in terms of preventing adhesion failure between thin films. In this regard, numerous attempts have been made to acquire the desired surface energy through chemical treatment or by using micro/nanostructures. However, such approaches are expected to provide extreme values of surface energy, which may not be suitable in achieving the enhanced performance of applications. In this study, we propose a method to control surface energy by using bilayer metallic film heterostructures. We measure the water contact angle of incompatible (Ni/Ag) and compatible (Zn/Ag) metal pairs under several experimental factors, including thickness, time, and temperature. Furthermore, we conduct Auger electron spectroscopy measurements to investigate the atomic concentration with respect to depth after the change in the water contact angle. The experimental results reveal that three parameters, namely, compatibility, film thickness, and environmental temperature, are major factors in controlling the water contact angle. Thus, we experimentally demonstrate that controlling these three parameters can provide the approximate desired water contact angle. This result is expected to aid in the performance enhancement of a wide range of application components, where control of surface energy is required.
This paper presents an optimization method to determine the shoulder height of an angular contact ball bearing by 3D contact analysis using nondimensional-shaped variables. The load analysis of the ball bearing is performed to calculate the internal load distributions and contact angles of each rolling element. From the results of bearing load analysis and the contact geometry between the ball and inner/outer raceway, 3D contact analyses using influence function are conducted. The nondimensional shoulder height and nondimensional load are defined to give the generalized results. The relationship between the shoulder height and radius of curvature of the shoulder under various loading conditions is investigated in order to propose a design method for the two design parameters. Using nondimensional parameters, the critical shoulder heights are optimized with loads, contact angles, and conformity ratios. We also develop contour maps of the critical shoulder height as functions of internal loads and contact angles for the different contact angles using nondimensional parameters. The results show that the dimensionless shoulder height increased as the contact angle and dimensionless load increased. Conversely, when the conformity ratio increased, the critical shoulder height decreased. Therefore, if the contact angle is reduced and the conformity ratio is increased within the allowable range, it will be an efficient design to reduce the shoulder height of ball bearings.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.8
s.227
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pp.996-1003
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2004
The bubble motion during nucleate boiling in a microchannel is investigated by numerically solving the equations governing conservation of mass, momentum and energy in the liquid and vapor phases. The liquid-vapor interface is tracked by a level set method which is modified to include the effects of phase change at the interface and contact angle at the wall. Also, the evaporative heat flux from the thin liquid film that forms underneath a growing bubble attached to the wall is incorporated in the analysis. Based on the numerical results, the effects of channel size, contact angle, wall superheat and waiting period on the bubble growth and heat transfer in a microchannel are quantified.
Kim, Jong-Taek;Lee, Baek-Su;Kim, Cheol-Su;Yu, Do-Hyeon;Lee, Deok-Chul
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.49
no.2
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pp.82-86
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2000
Humidity sensors using $TiO_2$ thin films were fabricated on the multi-electrode device by Sol-Gel method and their wettability, surface potential decays and humidity sensing characteristics were investigated. Contact angle of thin films was $28^{\cic}\;at\; 400^{\circ}C$ and surface potential decayed rapidly at $400^{\circ}C$. The specimen showed best humidity sensing characteristics at $400^{\circ}C$. From the results, they were confirmed that humidity sensing characteristics of thin films have connection with contact angle and surface potential decays.
For the accumulation of a fundamental knowledge about the behavior of glass solder during the joining of ceramics, the wettability of solder on silicon nitride have been measured by sessile drop method. $SiO_2-MgO-Al_2O_3$ g1ass solder and oxynitride glass solders were selected as examples while silicon nitride which were used as substrates. Contact angle of solder on silicon nitride didn't decrease with time at high nitrogen content in the solder, but low nitrogen content in solders have the time-dependent property. Reason which contact angle of low nitrogen content in solders decrease on silicon nitride was that diffusion of nitrogen take place between solder and silicon nitride.
Graphene is a monolayer of carbon atoms (approximately 0.34 nm), arranged in a honeycomb network. It has been hailed as a next-generation flexible and transparent material because it has high electrical and thermal conductivities, excellent mechanical properties, as well as flexible and transparent properties. The wettability of graphene alters its adhesion or surface energy, and it is therefore an important parameter influencing its application in the fabrication of next-generation flexible and transparent electronics. Studies on the wettability of graphene are numerous and various opinions exist. However, almost all of these studies use the wet transfer method to transfer the graphene. In this study, therefore, we investigated the effect of wet and dry transfer methods on water contact angles of graphene on a substrate. The contact angles of substrates vary depending on the type of substrate. It was found that after graphene is transferred to the substrate, regardless of transfer method, the graphene/substrate contact angle increases to a value. The contact angle of graphene transferred using the dry transfer method is higher than the contact angle of graphene transferred using wet transfer methods. The wet transferred graphene is affected by the poly(methyl methacrylate) (PMMA) residue and the polar surface of substrate. The dry transferred graphene is influenced by the conformal contact between graphene and substrate.
Theoretical and experimental study is conducted on the contact pressure distribution of a radial tire in motion under various camber angles. Tire construction is modelled by a spring bedded elastic ring, consisted of sidewall springs and a composite belt ring. The contact area is assumed to be a trapezoidal shape varying with camber angles and weighted load. The basic equation in a quasi-static form is derived for the deformation of a running belt with a constant velocity by the aid of Lagrange-Euler transformation. Galerkin's method and stepwise calculation are applied for solving the basic equation and the mechanical boundary condition along both sides of the contact belt part subjected to shearing forces transmitted from the sidewall spring. Experimental results on the contact pressure, measured by pressure sensors embedded in the surface of the drum tester, correspond well with the calculated ones for the test tire under various camber angles, running velocities and weighted loads. These results indicate that a buckling phenomenon of the contact belt in the widthwise direction occurs due to the effect of camber angle.
The main objective of this study is to present a fast and reliable approach to predict the swelling potential of clay-bearing rocks. Investigations showed that there is a good correlation between the swelling potential of a rock and its desire to absorb water due to its clay content which could be measured using the "Contact Angle" test as one of the most common ways to determine the wettability. In this test, the angle between a water drop and the flat rock surface on which it rests is measured. The present method is very fast and returns repeatable results and requires minimal sample preparation. Only having a saw-cut surface of a sample with any shape is all one needs to perform this test. The logic behind this approach is that the swelling potential of a rock is a function of its mineral content and molecular structure, which are not only distributed in the bulk of the sample but also reflected on its surface. Therefore, to evaluate swelling behavior, it is not necessary to wait for a sample to get wet all the way to its "internal structure" (which, due to the low permeability of clay-bearing rocks, is very slow and time-consuming). Instead, one can have a good sense of swelling potential by studying its surface. Parametric studies on the effect of moisture content, porosity, and surface roughness on the contact angle measurements showed that using a saw-cut oven-dried sample is a convenient way to evaluate the swelling potential by this method.
The droplet motion on a flat substrate with contact angle hysteresis is studied by solving the equations governing the conservation of mass and momentum. The liquid- gas interface is determined by an level-set method which is based on a sharp-interface representation for accurately imposing the matching or coupling conditions at the interface. The method is modified to treat the dynamic contact angle at the liquid-gas-solid interface. The computations are performed to investigate a droplet impact and merging pattern on a flat substrate to find a optimal condition in a micro-line patterning process. The effects of dynamic contact angles on droplet motion are quantified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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