Three-dimensional blood flow in the sac of the KTAH(Korean total artificial heart) is simulated using fluid-structure interaction model. The aim of this study is to delineate the three-dimensional unsteady-blood flow in the sac of KTAH. Incompressible viscous flow is assumed for blood using the assumption of Newtonian fluid. The numerical method employed in this study is the finite element software called ADINA. Fluid-structure interaction model between blood and sac is utilized to represent the deformation of the sac by the rigid moving actuator. Three-dimensional geometry of cactus type KTAH is chosen for numerical model with prescribed pressure boundary condition on the sac surface. Blood flow is generated by the motion of moving actuator and strongly interacts with the solid material surrounding blood. High shear stress is observed mainly near the inlet and outlet of the sac.
Micron-size mechanical devices are becoming more prevalent, both in commercial applications and in scientific inquiry. Within the last decade, a dramatic increase in research activities has taken place, mostly due to the rapidly expanding growth of applications in areas of MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems), bioengineering, chemical systems, and advanced energy systems. In this study, we have described the effects of vortex viscosity variation on the flowfields in a micro-slot between rotating surfaces of revolution using a micropolar fluid theory. In order to solve this problem, we have used boundary layer equations and applied non-zero values of the microrotation vector on the wall. The results are compared with the corresponding flow problems for Newtonian fluid. Results show that the coefficient $\delta$ controls the main part of velocity ${\upsilon}_x$ and the coefficient M controls the main part of microrotation component ${\Omega}_{\theta}$.
In this study the deformation of liquid-air interface of Newtonian or Boger fluids filled between two parallel-plates geometry was investigated when two surfaces were separated at a constant speed. The interface between the fluid and air showed either stable or unstable deformation depending on experimental conditions. Repeated experiments for a wide range of experimental conditions revealed that the deformation mode could be classified into three types: 'stable region', 'fingering' and 'cavitation'. The experimental condition for the mode of deformation was plotted in a capillary number vs. Deborah number phase plane. It has been found that the elasticity of Boger fluids destabilize the interface deformation. On the other hand, the elasticity suppresses the formation and growth of cavities.
Natural convection of a magnetic fluid is different from that of Newtonian fluids because a magnetic body force exists in an addition to gravity and buoyancy forces. In this paper, the natural convection of a magnetic fluids (W-40) in a rectangular enclosure is investigated by numerical and experimental methods. One side wall is kept at a constant temperature ($25^{\circ}C$), and the opposite side wall is also kept at a constant temperature ($20^{\circ}C$), Under above conditions, the magnitude of the magnetic fields were varied and applied. GSMAC scheme is used for the numerical method, and the thermo-sensitive liquid crystal film (R20C5A) is utilized in order to visualize wall-temperature distributions as an experimental verification. This study has resulted in the following fact that the natural convection of a magnetic fluid is controlled by the direction and intensity of the magnetic fields.
This study presents the application of a polymer behavior model that considers fluid mechanics and heat transfer effects in a deposition system. The analysis of the polymer fluid properties is very important in the fabrication of precise microstructures. This fluid behavior model involves the calculation of velocity distribution and mass flow rates that include the effect of heat loss in the needle. The effectiveness of the proposed method was demonstrated by comparing estimated mass fluid rates with experimental values. The mass fluid rates under various process conditions, such as pressure, temperature, and needle size, reflected the actual deposition state relatively well, and the assumption that molten polycaprolactone(PCL) is a non-Newtonian fluid was reasonable. The successful fabrication of three-dimensional microstructures demonstrated that the model is valid for predicting the polymer behavior characteristics in the microstructure fabrication process. The results of this study can be used to investigate the effect of various parameters on fabricated structures before turning to experimental approaches.
We present a finite difference solution for electrokinetic flow in rectangular microchannels encompassing Navier's fluid slip phenomena. The externally applied body force originated from between the nonlinear Poisson-Boltzmann field around the channel wall and the flow-induced electric field is employed in the equation of motion. The basic principle of net current conservation is applied in the ion transport. The effects of the slip length and the long-range repulsion upon the velocity profile are examined in conjunction with the friction factor. It is evident that the fluid slip counteracts the effect by the electric double layer and induces a larger flow rate. Particle streak imaging by fluorescent microscope and the data processing method developed ourselves are applied to straight channel designed to allow for flow visualization of dilute latex colloids underlying the condition of simple fluid. The reliability of the velocity profile determined by the flow imaging is justified by comparing with the finite difference solution. We recognized the behavior of fluid slip in velocity profiles at the hydrophobic surface of polydimethylsiloxane wall, from which the slip length was evaluated for different conditions.
A coupled variational equation for fluid-structure interaction (FSI) problems is derived from a steady state Navier-Stokes equation for incompressible Newtonian fluid and an equilibrium equation for geometrically nonlinear structures. For a fully coupled FSI formulation, between fluid and structures, a traction continuity condition is considered at interfaces where a no-slip condition is imposed. Under total Lagrange formulation in the structural domain, finite rotations are well described by using the second Piola-Kirchhoff stress and Green-Lagrange strain tensors. An adjoint shape design sensitivity analysis (DSA) method based on material derivative approach is applied to the FSI problem to develop a shape design optimization method. Demonstrating some numerical examples, the accuracy and efficiency of the developed DSA method is verified in comparison with finite difference sensitivity. Also, for the FSI problems, a shape design optimization is performed to obtain a maximal stiffness structure satisfying an allowable volume constraint.
The present numerical study investigates the effect of a secondary flow on the heat transfer in order to delineate the mechanism of laminar heat transfer enhancement of a viscoelastic fluid in rectangular ducts. The second normal stress generating a secondary flow is modeled by adopting the Reiner-Rivlin constitutive equation and the calculated secondary flow showed good agreement with experiments. The primary velocity U as well as the pressure drop were not affected by the secondary flow in rectangular ducts, whose order of magnitude is less than 0.1% of the primary velocity. The small magnitude of the secondary flow, however, affect moderately the temperature fields. The calculated Nusselt numbers with secondary flow show 50% heat transfer enhancement over those of a purely viscous non-Newtonian fluid, which are considerably lower than the experimental values. Therefore, we conclude that there should be an additional heat transfer enhancement mechanism involved in the viscoelastic fluid such as temperature-dependence.
The electrorheological properties pertaining to the electrorheological (ER) bebaviour of chitin and chitosan suspensions in silicone oil were investigated. Chitosan suspension showed a typical ER response (Bingham flow behavior) upon application of an electric field, while chitin suspension acted as a Newtonian fluid. The difference in behaior results from the difference in the conductivity of the chitin and chitosan particles, even though they have a similar chemical structure. The shear stress for the chitosan suspension exhibited a linear dependence on the volume fraction of particles and a 1.18 power of the electric field. The experimental results for the chitosan suspension correlated with the conduction model for ER response.
In this symposium paper, the migration and hydrodynamic diffusion of non-colloidal, spherical particles suspended in polymer solutions are considered under Poiseuille or torsional flows. The migration phenomena in polymer solutions are compared with those in Newtonian fluids and the effect of fluid elasticity is discussed. The experimental results on particle migration in dilute polymer solution reveal that even a slight change in the rheological property of the dispersing medium can induce drastic differences in flow behavior and migration of particles, especially in dilute and semi-concentrated suspensions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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