Kim, Dong-Woo;Lee, Jung-Won;Cho, Myeong-Woo;Shin, Young-Jae
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.19
no.2
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pp.184-190
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2010
Recently, the polishing process using magnetorheological fluids(MR fluids) has been focused as a new ultra-precision polishing technology for micro and optical parts such as aspheric lenses, etc. This method uses MR fluid as a polishing media which contains required micro abrasives. In the MR polishing process, the surface roughness and material removal rate of a workpiece are affected by the process parameters, such as the properties of used nonmagnetic abrasives(particle material, size, aspect ratio and density, etc.), rotating wheel speed, imposed magnetic flux density and feed rate, etc. The objective of this research is to predict MRR according to the polishing conditions based on the multiple regression analysis. Three polishing parameters such as wheel speed, feed rates and current value were optimized. For experimental works, an orthogonal array L27(313) was used based on DOE(Design of Experiments), and ANOVA(Analysis of Variance) was carried out. Finally, it was possible to recognize that the sequence of the factors affecting MRR correspond to feed rate, current and wheel speed, and to determine a combination of optimal polishing conditions.
A generation of a particle beam is the key technique in a flow cytometry that measures the fluorescence and light scattering of individual cell and other particulate or molecular analytes in biomedical research. Recent methods performing this function require a laborious and time-consuming assembly. In the present work, we propose a novel device for the generation of an axisymmetrical focusing beam of microparticles (3-D focusing) in a single capillary without sheath flows. This work uses the concept that the particles migrate toward the centerline of the channel when they lag behind the parabolic velocity profile. Particle focusing of spherical particles was successfully made with a beam diameter of about 10 ${\mu}$m. Proposed device provides crucial solutions for simple and innovative 3-D particle focusing method for the applications to the MEMS-based micro-flow cytometry. We believe that this device can be utilized in a wide variety of applications, such as biomedical/ biochemical engineering.
In a severe accident of light water reactor (LWR), molten core material (corium) can be released into the wet cavity, and a fuel-coolant interaction (FCI) can occur. The molten jet with high speed is broken and fragmented into small debris, which may cause a steam explosion or a molten core concrete interaction (MCCI). Since the premixing stage where the jet breakup occurs has a large impact on the severe accident progression, the understanding and evaluation of the jet breakup phenomenon are highly important. Therefore, in this study, the jet breakup simulations were performed using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method which is a particle-based Lagrangian numerical method. For the multi-fluid system, the normalized density approach and improved surface tension model (CSF) were applied to the in-house SPH code (single GPU-based SOPHIA code) to improve the calculation accuracy at the interface of fluids. The jet breakup simulations were conducted in two cases: (1) jet breakup without structures, and (2) jet breakup with structures (control rod guide tubes). The penetration depth of the jet and jet breakup length were compared with those of the reference experiments, and these SPH simulation results are qualitatively and quantitatively consistent with the experiments.
Hydrodynamic similarity was analyzed by employing scaling factor in three phase fluidized beds. The scaling factor was defined based on the holdups of gas, liquid and solid particles and effectivity volumetric flux of fluids between the two kinds of fluidized beds with different column diameter. The column diameter of one was 0.102 m and that of the other was 0.152 m. Filtered compressed air, tap water and glass bead of which density was 2,500 kg/$m^3$ were used as gas, liquid and solid phases, respectively. The individual phase holdups in three phase fluidized beds were determined by means of static pressure drop method. Effects of gas and liquid velocities and particle size on the scaling factors based on the holdups of each phase and effective volumetric flux of fluids were examined. The deviation of gas holdup between the two kinds of three phase fluidized beds decreased with increasing gas or liquid velocity but increased with increasing fluidized particle size. The deviation of liquid holdup between the two fluidized beds decreased with increasing gas or liquid velocity or size of fluidized solid particles. The deviation of solid holdup between the two fluidized beds increased with increasing gas velocity or particle size, however, decreased with increasing liquid velocity. The deviation of effective volumetric flux of fluids between the two fluidized beds decreased with increasing gas velocity or particle size, but increased with increasing liquid velocity. The scaling factor, which was defined in this study, could be effectively used to analyze the hydrodynamic similarity in three phase fluidized processes.
The quality of chaotic mixing in three-dimensional micro channel flow has been numerically studied using Fractional-step method (FSM) and particle tracking techniques such as $Poincar{\acute{e}}$ section and Lyapunov exponents. The flow was driven by pressure distribution and the chaotic mixing was generated by applying alternating current to electrodes embedded on the bottom wall at a first half period and on the top wall at a second half period. The equations governing the velocity and concentration distributions were solved using FSM based on Finite Volume approach. Results showed that the mixing quality depended significantly on the modulation period. The modulation period for the best mixing performance was determined based on the mixing index for various initial conditions of concentration distribution. The optimal values of modulation period obtained by the particle tracking techniques were compared with those from the solution of concentration distribution equation using FSM and CFX software and the comparison showed their good match.
A numerical simulation was made to determine the motion of particles in the fluid. The simulation is based on the Eulerian-Lagrangian method. The fluid motion was solved using a PISO-based finite-element method and a $\kappa-\epsilon$ model of turbulence. In the Lagrangian method for the solid phase, the trajectories of particles are calculated by integrating the equations of motion of a single Particle, and the collision between particles are taken into account. The influence of particles on the fluid phase is taken into account by introducing source terms in the Eulerian equations govering the fluid flow. It is known as the particle-source-in-cell (PSIC) method. Also, the turbulent effect in the particles and fluid notion is considered. The numerical results were compared with the experiment for a two-phase flow in a vertical pipe.
A kinetic theory analysis is made of low-speed rarefied gas flows around a flat plate. The Boltzmann equation simplified by a collision model is solved by means of a finite difference approximation with the discrete ordinate method. The method does not suffer from statistical noise which is common in particle based methods and requires much less amount of computational effort. Calculations are made for flows around a micro-scale flat plate with a finite length of 20 microns. The method is assessed by comparing the results with those from several different methods and available experimental data.
A kinetic theory analysis is used to study the ultra-thin gas flow field in a gas slider bearing. The Boltzmann equation simplified by a collision model is solved by means of a finite difference approximation with the discrete ordinate method. Calculations are made for a flow in a micro-channel between an inclined slider and a moving disk drive platter The results are compared well with those from the DSMC method. The present method does not suffer from statistical noise which is common in particle-based methods and requires much less computational effort.
A kinetic theory analysis is used to study the ultra-thin gas flow field in gas bearings. The Boltzmann equation simplified by a collision model is solved by means of a finite difference approximation with the discrete ordinate method. Calculations are made for flows inside micro-channels of backward-facing step, forward-facing step, and slider bearings. The results are compared well with those from the DSMC method. The present method does not suffer from statistical noise which is common in particle based methods and requires less computational effort.
Nanofluid is a kind of new engineering material consisting of nanoparticles dispersed in base fluid. Nanofluids could have various applications such as magnetic fluids, heat exchanger working fluids, lubricants, drug delivery and so on in present study, various nanoparticles, such as MWCNT (Multi-walled Carbon Nanotube), fullerene, copper oxide, and silicon dioxide are used to produce nanofluids. As base fluids, DI-water, ethylene glycol, oil, and silicon oil are used. To investigate the thermo-physical properties of nanofluids, thermal conductivity and kinematic viscosity are measured. Stability estimation of nanofluid is conducted with UV-vis spectrophoto-meter. In this study, the high pressure homogenizer is the most effective method to produce nanofluid with the prepared nanoparticle and base fluid. Excellently stable nanofluids are produced with the magnetron sputtering system. Thermal conductivity of nanofluid increases with increasing particle volume fraction except water-based fullerene nanofluid which has lower thermal conductivity than base fluid due to its lower thermal conductivity, 0.4 W/mK. The experimental results can't be predicted by Jang and Choi model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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