Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.5
s.248
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pp.430-437
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2006
The mixing effect is studied by comparing rotating and oscillating stirrers in the micro channel. The cases of Re=10 to 80 with various stirring speeds are considered to analysis the effect of Re and stirrer speed for the mixing. Under Re=20, the oscillating stirrer represents better mixing rate than the rotating stirrer up to the critical stirrer speed which has a maximum efficiency. Over Re=30, the results of oscillating and rotating stirrer show that the faster the stirrer speed, the higher the mixing effect within the concerned stirrer speed range and the oscillating stirrer keeps the higher mixing rate. It was found that the mixing effect is a function which has an optimum of the Reynolds number and the stirrer speed. The D2Q9 Lattice Boltzmann Method is used due to the merits of calculation for the unsteady flow with moving boundary.
Effective mixing is an important problem in microfluidics for chemical and biomechanical applications. In this study, the influences of the Reynolds number and the oscillating frequency on mixing characteristics of micro-stirrer are studied in a microchannel with single stirrer. The influence of fluid inertial effects in an active mixer is first discussed. It is found that the stirring effects by stirrer oscillation are promptly attenuated at low Reynolds number, which makes greatly difficult the rapid mixing. As the inertial effects are increased, the chaotic advection is generated and then developed. The mixing phase is finally developed some mushroom shaped structure. And the mixing efficiency is also studied as a function of the oscillating frequency. We found that the mixing efficiency does not always increase with higher oscillating frequency of stirrer. Consequently, we found the functional relation between the optimal frequency of a stirrer and the Reynolds number.
Park, Jae-Yong;Kim, Sang-Rak;Lee, Won-Gu;Yoo, Jin-Sik;Kim, Young-Dae;Maeng, Joo-Seung;Han, Seog-Young
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.6
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pp.146-152
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2007
An active micro-mixer, which was composed of an oscillating micro-stirrer in the microchannel to provide rapid, effective mixing at high flow, rates was analyzed. The effects of molecular diffusion and disturbance by the stirrer were considered with regard to two types of mixer models: the simple straight microchannel and microchannel with an oscillating stirrer. Two types of mixer models were studied by analyzing mixing behaviors such as their interaction after the stirrer. The mixing was calculated by Lattice Boltzmann methods using the D2Q9 model. In this study, the time-averaged mixing index formula was used to estimate the mixing performance of time-dependent flow. The mixing indices of the two models compared. From the results, it was found that the mixer with an oscillating stirrer was much more enhanced and stabilized. Therefore, an optimum design for a dynamic micro-mixer with an oscillating stirrer was performed using Taguchi method in order to obtain a robust solution. The design parameters were established as the frequency, the length and the angle of the stirrer and the optimal values were determined to be 2, 0.8D and ${\pm}75^{\circ}$, respectively. It was found that the mixing index of the optimal design increased 80.72% compared with that of the original design.
Park, Jae-Yong;Kim, Sang-Rak;Yoo, Jin-Sik;Lim, Min-Gyu;Kim, Young-Dae;Han, Seog-Young;Maeng, Joo-Seung
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.5
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pp.95-100
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2008
An active micro-mixer, which is composed of an oscillating micro-stirrer in the micro-channel to provide effective mixing was optimized. The effects of molecular diffusion and disturbance by the stirrer were considered with regard to two types of mixer models: the simple straight micro-channel and micro-channel with an oscillating stirrer. Two types of mixer models were studied by analyzing mixing behaviors such as their interaction after the stirrer. The mixing was calculated by Lattice Boltzmann methods using the D2Q9 model. In this study, the time-averaged mixing index formula was used to estimate the mixing performance of time-dependent flow. The mixing indices of the two models were compared. From the results, it was found that the mixer with an oscillating stirrer was much more enhanced and stabilized. Therefore, an approximate optimization of an active micro-mixer with an oscillating stirrer was performed using Kriging method with OLHD(Optimal Latin Hypercube Design) in order to determine the optimal design variables. The design parameters were established as the frequency, the length and the angle of the stirrer. The optimal values were obtained as 1.0346, 0.66D and $\pm45^{\circ}$, respectively. It was found that the mixing index of the optimal design increased by 88.72% compared with that of the original design.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.2
s.245
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pp.144-152
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2006
In order to consider the effect of Karman vortex for mixing, mixing indices are calculated for 4 models of micro channel flows driven from the combinations of a circular cylinder and a oscillating stirrer. And their results are compared to that of a simple straight micro channel flow(model I). The mixing rate is improved 5.5 times by Karman vortex (model II) and 11.0 times by the stirrer(model III) respectively. In case of successive mixing by the cylinder and the stirrer(model IV), $27\%$ of shortening the channel length for the complete mixing as well as 1.37 times improvement of mixing efficiency then model III. And then, variation of mixing indices are much stable comparing with the others. Thus, it is found that the Karman vortex plays a good role as a pre-mixing method. The D2Q9 Lattice Boltzmann methods are used.
Sang-Gyu Yoon;Seoyeon Han;Haewook Kim;Ihn-Sil Kwak;Jinsung An
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.28
no.5
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pp.1-11
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2023
The phenomenon of sediment resuspension in rivers and lakes causes contaminants (heavy metals and nutrients) accumulated in the sediment to leach into the overlying water. As a result, it can lead to changes in toxic effects and eutrophication in the aquatic ecosystem. In this regard, it is important to quantitatively determine the amount of contaminants leached during sediment resuspension. In this study, methods for assessing the amount of released contaminants and the types of contaminants potentially released due to sediment resuspension were studied and summarized. Methods for assessing leaching can be divided into three groups based on the principle of causing resuspension: (i) the oscillating grid chamber method, (ii) the mechanical stirrer method, and (iii) the shaker method. It was confirmed that the types of contaminants that can potentially be released include heavy metals bound to sulfides, as well as exchangeable and labile forms of heavy metals and nutrients. To effectively manage stable aquatic ecosystems in the future, a simplified leaching test method is needed to assess in advance the risks (i.e., changes in toxic effects and eutrophication) that sediment resuspension may pose to aquatic ecosystems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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