In the chemical, mineral and electronics industries, mechanically stirred tanks are widely used for complex liquid and particle mixing processes. In order to understand the complex phenomena that occur in such tanks, it is necessary to investigate flow field in the vessel. Most difficulty on the numerical analysis of stirred tank flow field focused particularly on free surface analysis. In order to decrease the dead zone and improve the flow efficiency of a system with free surface, this paper presents a new method that overcomes free surface effects by properly combining the benefits of using experiment and 3-D CFD. This method is applied to study the mixing flow in an agitated tank. From the results of experimental studies using the PIV (particle image velocimetry) system, the distribution of mixing flow including free surface are obtained. And these values that are expressed as a velocity vector field have been patched for simulating the free surface. The results of velocity distribution obtained by 3-D CFD are compared with those of experimental results. The experimental data and the simulation results are in good agreement.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.12
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pp.73-82
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2018
The objective of this study was to evaluate particle collection performance of electrostatic precipitator (ESP) integrated with double skin façade in naturally ventilated residential buildings using numerical method. To evaluate the efficiency, computational fluid dynamics (CFD) simulation based on electric potential and Lagrangian method was applied. The CFD model was validated by comparing the simulated results with the experimental data including thermal characteristic of double skin façade (DSF) and particle removal characteristic of electrostatic precipitator. The validation results showed that the root mean square error (RMSE) between predicted values and measured values of velocity and temperature in intermediate space of DSF was 1.2%. The adequacy of ion space charge density and turbulent model were determined. The RMSE between predicted values and measured values of collection efficiency of ESP was 9.2%. In addition, the case study was performed to present the application of the numerical method based on validation results of ESP integrated with façade.
Park, Hyungkwon;Kwon, Juhyuk;Lee, Illjoo;Lee, Changhee
Korean Journal of Materials Research
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v.24
no.2
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pp.98-104
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2014
Vacuum kinetic spray(VKS) is a relatively advanced process for fabricating thin/thick and dense ceramic coatings via submicron-sized particle impact at room temperature. However, unfortunately, the particle velocity, which is an important value for investigating the deposition mechanism, has not been clarified yet. Thus, in this research, VKS average particle velocities were derived by numerical analysis method(CFD: computational fluid dynamics) connected with an experimental approach(SCM: slit cell method). When the process gas or powder particles are accelerated by a compressive force generated by gas pressure in kinetic spraying, a tensile force generated by the vacuum in the VKS system accelerates the process gas. As a result, the gas is able to reach supersonic speed even though only 0.6MPa gas pressure is used in VKS. In addition, small size powders can be accelerated up to supersonic velocity by means of the drag-force of the low pressure process gas flow. Furthermore, in this process, the increase of gas flow makes the drag-force stronger and gas distribution more homogenized in the pipe, by which the total particle average velocity becomes higher and the difference between max. and min. particle velocity decreases. Consequently, the control of particle size and gas flow rate are important factors in making the velocity of particles high enough for successful deposition in the VKS system.
We present the development of a wetcyclone sampler designed for the sampling of airborne bacteria. The wetcyclone design involves a combination of two traditional cyclone shapes and computational fluid dynamics (CFD) analysis to validate its effectiveness in terms of pressure drop and collection efficiency. The wetcyclone exhibits a collection efficiency of over 90% for bacteria, specifically targeting Staphylococcus aureus. Additionally, the wetcyclone enables continuous bioaerosol sampling using a liquid medium (deionized water), demonstrating a concentration ratio exceeding >105 and a stable microbial recovery rate of 81.9%. The application of real-time quantitative polymerase chain reaction (qPCR) and the colony counting method ensures precise measurement of the concentration ratio and microbial recovery rate.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.6
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pp.470-475
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2017
Since the intake air of gas turbine engine of marine purpose contains water particles, inertial separator for separating the air and water particles are provided. Saw type and wave type separator are now used to separate inflow water particle from the gas. In this paper, the design parameters of saw type separator are studied by numerical simulations. Using the commercial CFD program, Star-CCM+, Lagrangian-Eulerian method was used to perform the analysis of two phase flow of the mist in the air. This method solves Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations in Eulerian framework for the continuous phase, while solves equation of motion for individual particles in Lagrangian framework. Lagrangian multiphase method was applied to monitor the particles of different sizes and shapes and to verify collision between particles by chasing particles. Water particles were injected through injectors located at the inlet of the separator and escape mode was used which assumes that the particles attached on the surface of inertial separator were removed from the simulation, effectively escaping the solution domain. Through the numerical computations with the inlet condition of constant water particle size in the wetness fraction of 85%, efficiency of eliminating the water particle and the pressure drop between the inlet and outlet were examined.
Minimization of hemolysis is one of the key factors for successful axial flow blood pumps. It is, however, difficult to estimate the hemolytic performance of axial flow blood pumps without experiments. Instead, the Computational Fluid Dynamics(CFD) analysis enables the prediction of hemolysis. Three-dimensional fluid dynamics of axial flow pumps with different impellers were analyzed using the CFD software, FLOTRAN. The turbulence model k-$\varepsilon$ was used. The changes in turbulent kinetic energy applied to each particle (red blood cell) flowing through the pumps were computed and displayed by the particle trace method (particle spacing of 10 msec). Also, the Reynolds shear stress was calculated from the turbulent kinetic energy. The shear stress was higher behind the impellers than elsewhere. The CFD analysis could predict in vitro results of hemolysis and also the areas where hemolysis occurred. The CFD analysis was found to be a useful tool for designing less hemolytic rotary blood pumps.
A hybrid particle-mesh method as the combination between the Vortex-In-Cell (VIC) method and penalization method has been achieved in recent years. The VIC method, which is based on the vorticity-velocity formulation, offers particle-mesh algorithms to numerically simulate flows past a solid body. The penalization method is used to enforce boundary conditions at a body surface with a decoupling between body boundaries and computational grids. The main advantage of the hybrid particle-mesh method is an efficient implementation for solid boundaries of arbitrary complexity on Cartesian grids. However, a numerical simulation of flows in large domains is still not too easy. In this study, a multi-domain approach is thus proposed to further reduce computation cost and easily implement it. We validate the implementation by numerical simulations of an incompressible viscous flow around an impulsively started circular cylinder.
First, methods of numerical analysis of gas-particle flows is classified into micro, meso and macro scale approaches based on the concept of multi-scale mechanics. Next, the explanation moves on to discrete particle simulation where motion of individual particles is calculated numerically using the Newtonian equations of motion. The author focuses on the cases where particle-to-particle interaction has significant effects on the phenomena. Concerning the particle-to-particle interaction, two cases are considered: the one is collision-dominated flows and the other is the contact-dominated flows. To treat this interaction mathematically, techniques named DEM(Distinct Element Method) or DSMC (Direct Simulation Monte Carlo) have been developed DEM, which has been developed in the field of soil mechanics, is useful for the contact -dominated flows and DSMC method, developed in molecular gas flows, is for the collision-dominated flows. Combining DEM or DSMC with CFD (computer fluid dynamics), the discrete particle simulation becomes a more practical tool for industrial flows because not only the particle-particle interaction but particle-fluid interaction can be handled. As examples of simulations, various results are shown, such as hopper flows, particle segregation phenomena, particle mixing in a rotating drum, dense phase pneumatic conveying, spouted bed, dense phase fluidized bed, fast circulating fluidized bed and so on.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.13
no.3
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pp.145-151
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2003
Using computational fluid dynamics (CFD) method, we investigated three-dimensional fluid flow field and particle movement with respect to the injected gas flow rate variation in typical cyclone separator system. The results of numerical investigation were deduced by coupling the analysis of fluid flow field with Wavier-stokes equation and the tracking of the particle trajectory with Langrangian approach. It was shown that the increasing of injected gas flow rate resulted in the increasing of pressure loss in the separator. This change of inner pressure had an effect on an aspect of the fluid flow in the separator. Particle movement was determined by fluid flow in the separator and was fully depended on a diameter of particles under the fixed flow rate. Increasing of injected gas flow rate was led to an increasing of the trace of particle, so the particles moved to the lower part of the separator. For this reason, the minimum diameters of the particles were decreased and increased the separation rate under the fixed particle diameter. In conclusion, the changes of injected gas flow rate have an important factor to the fluctuation of the fluid flow field and particle trajectory in the separator.
Kim, Myungjoon;Kim, Dongbin;Kang, Sang-Woo;Kim, Taesung
Particle and aerosol research
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v.13
no.2
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pp.53-63
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2017
As semiconductor process was highly integrated, particle contamination became a major issue. Because particle contamination is related with process yields directly, particles with a diameter larger than half pitch of gate should be controlled. PBMS (Particle beam mass spectrometry) is one of powerful nano particle measurement device. It can measure 5~500 nm particles at ~ 100 mtorr condition in real time by in-situ method. However its usage is restricted to research filed only, due to its big device volume and high price. Therefore aperture changeable aerodynamic lenses (ACALs) which can control particle focusing characteristics by changing its aperture diameter was proposed in this study. Unlike conventional aerodynamic lenses which changes particle focusing efficiency when operating condition is changed, ACALs can maintain particle focusing efficiency. Therefore, it can be used for a multi-monitoring system that connects one PBMS and several process chambers, which greatly improves the commercialization possibility of the PBMS. ACALs was designed based on Stokes number and evaluated by numerical method. Numerical analysis results showed aperture diameter changeable aerodynamic lenses can focus 5 to 100 nm standard particles at 0.1 to 10 torr upstream pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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