Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.9
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pp.1327-1334
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2003
Flow characteristics of the fluid laden with many particles in the two-dimensional channel are investigated using the Navier-Stokes equations coupled with the equation of motion of particles by direct numerical simulation. A four-step fractional step method with Crank-Nicolson scheme and ALE technique is used for P2P1 mixed finite element method. The motion and distribution of particles in the fluid is virtually described as a result of direct numerical simulation and the increase of viscosity is compared with theoretical equations. The effect of channel height on the relative viscosity and the tubular pinch effect are discussed.
Effect of a particle's spin is investigated numerically by considering the effect of lift occurring due to difference of rotations of a particle and of fluid such as the Saffman lift and Magnus force. These lift forces have been neglected in many previous works on particle-laden turbulence. The trajectory of particles can be changed by the lift forces, resulting in significant modification of the stochastic characteristics of heavy particles. Probability density functions and autocorrelations are examined of velocity, acceleration of solid particle and acceleration of fluid at the position of solid particle. Changes in velocity statistics are negligible but statistics related with acceleration are a little bit changed by particle's rotation. When a laden particle encounters with coherent structures during the motion, the particle's rotation might significantly affects the motion due to intermittently large fluid acceleration near coherent structures.
Experimental study has been conducted to evaluate characteristics of particle laden flows at the ratio of channel diameter to particle diameter (B = 14.9, 21.6 and 55). Particle velocities and radial concentrations are obtained using a microscope Nd:YAG laser and cooled CCD camera. Results show that there are relative velocities between the fluid and the particles at B = 14.9. It is also observed that the particles are accumulated at r=$0.5\∼0.82R$, with R being tile tube radius, and particle migration occurs at small Reynolds number, by comparing with the results obtained in macro scale. This gives optimal factors for designing microfluidic channels for cell or Particle separation, particle focusing, and so on.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.2
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pp.73-81
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2019
Numerical simulations are performed for the thermal fluid flow around a circular cylinder, and the particle trajectories are calculated to investigate the particle motions and deposition characteristics. We aim to understand the effects of three important parameters (particle Stokes number, temperature difference in the flow and on the cylinder surface, and thermal conductivity ratio between the fluid and the particles) on the deposition efficiency. The results show that the thermophorectic effect is insignificant for particles with large Stokes numbers, but it affects particles with small Stokes numbers. The deposition efficiency increases with the increase in temperature difference between the flow and the cylinder or the decrease in ratio of thermal conductivity of the particles to the fluid. When thermophoresis becomes significant, the particles are deposited even on the back side of the cylinder.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.12
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pp.1802-1812
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2001
The purpose of this study is to analyze numerically the movement of particles included in turbulent fluid flow characteristics of metallic surfaces. To describe fluid flew, the incompressible Navier-Stokes equation discretized by the finite volume method were solved on the non-orthogonal coordinates with non-staggered variable arrangement, and the k-$\xi$ turbulence model was adapted. After fluid flow was calculated, particle movement was predicted from the Lagrangian approaches. Non-essential complexities were avoided by assuming that the particles had spherical shapes and the Stoke's drag formula only consisted of external farces acting upon them. In order to validate the numerical calculations, the results were compared with the experimental data reported in literature and agreed well with them. The drag force coefficient equation showed better agreement with the experimental data in the prediction of particle movement than the correction factor equation. Impact velocity and impact angle increased as inlet turbulence intensity decreased, relative jet height was lower. or the Reynolds number was larger.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.7
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pp.665-670
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2010
The effect of a particle's spin is investigated numerically by taking into account the effect of lift forces originating due to difference between the rotations of a particle and of a fluid, such as the Saffman and Magnus lift forces. These lift forces have been ignored in many previous studies on particle-laden turbulence. The trajectory of the particles can be changed by the lift forces, resulting in a significant modification of the stochastic characteristics of heavy particles. Probability density functions and autocorrelations are evaluated from the velocity of solid particle, acceleration of solid particles, and acceleration of fluid at the position of solid particle. Changes in velocity statistics are negligible but statistics related with acceleration are affected by the rotation of particle. When a laden particle encounters coherent structures during its motion, the particle's rotation might significantly affects the motion due to intermittently large fluid acceleration near the coherent structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.1
s.256
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pp.29-39
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2007
A second-moment closure is applied to the prediction of a homogeneous turbulent shear flow laden with mono-size particles. The closure is curried out based on a 'two-fluid' methodology in which both carrier and dispersed phases are considered in the Eulerian frame. To reduce the number of coupled differential equations to be solved, Reynolds stress transport equations and algebraic stress models are judiciously combined to obtain the Reynolds stress of carrier and dispersed phases in the mean momentum equation. That is, the Reynolds stress components for carrier and dispersed phases are solved by modelled transport equations, but the fluid-particle velocity covariance tensors are treated by the algebraic models. The present predictions for all the components of Reynolds stresses are compared to the DNS data. Reasonable agreements are observed in all the components, and the effects of the coupling of carrier and dispersed phases are properly captured in every aspects.
The present study investigates numerically particle laden flow through compressor cascades and a rocket nozzle. Engines are affected by various particles which are suspending in the atmosphere. Especially in the case of aircraft aviating in volcanic, industrial and desert region including many particles, each components of engine system are damaged severely. That damage modes are erosion of compressor blading and rotor path components, partial or total blockage of cooling passage and engine control system degradation. Numerical prediction and experimental data, erosion rates are predicted for two materials - ceramic, soft metal - on compressor blade surface. Aluminum oxide ($Al_2O_3$) Particles included in solid rocket propelant make ablative the rocket motor nozzle and imped the expansion processes of propulsion. By the definition of particle deposition efficiency, characteristics of particles impaction are considered quantitatively Stoke number is defined over the various particle sizes and particle trajectories are treated by Lagrangian approach. Particle stability is considered by definition of Weber number in rocket nozzle and particle breakup and evaporation is simulated in a rocket nozzle.
A numerical analysis is conducted on heat transfer and fluid flow of a plasma spraying process under the DC-RE hybrid electromagnetic field. Plasma flow is analyzed by using Eulerian approach and the equation of particle motion is simultaneously solved using a trajectory analysis with a lumped-heat-capacity model. Axisymmetric two dimensional electromagnetic fields governed by Maxwell's equations are solved based on a vector potential concept. The effects of the RF electromagnetic field on the temperature and velocity fields of the turbulent plasma flow are clarified. Control characteristics of phase changes and dispersed features of particles by applying the RF electromagnetic field are also clarified in an attempt to improve the plasma spraying process
Understanding particle-laden flow around cylindrical bodies is essential for the better design of various applications such as filters. In this study, laminar flows around two tandem cylinders and the motions of particles in the flow are numerically investigated at low Reynolds numbers. We aim to reveal the effects of the spacing between cylinders, Reynolds number and particle Stokes number on the characteristics of particle trajectories. When the cylinders are placed close, the unsteady flow inside the inter-cylinder gap at Re = 100 shows a considerable modification. However, the steady recirculation flow in the wake at Re = 10 and 40 shows an insignificant change. The change in the flow structure leads to the variation of particle dispersion pattern, particularly of small Stokes number particles. However, the dispersion of particles with a large Stokes number is hardly affected by the flow structure. As a result, few particles are observed in the cylinder gap regardless of the cylinder spacing and the Reynolds number. The deposition efficiency of the upstream cylinder shows no difference from that of a single cylinder, increasing as the Stokes number increases. However, the deposition on the downstream cylinder is found only at Re = 100 with large spacing. At this time, the deposition efficiency is generally small compared to that of an upstream cylinder, and the deposition location is also changed with no deposited particles near the stagnation point.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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