A new ionic mass transfer correlation is derived for the fluid-saturated, horizontal porous layer. Darcy-Forchheimer model is used to explain characteristics of fluid motion. Based on the microscales of turbulence a backbone mass transfer relation is derived as a function of the Darcy-Rayleigh number, $Ra_D$ and the porous medium Schmidt number, $Sc_p$. For the Darcy's limit of $Sc_p{\gg}Ra_D$, the Sherwood number, Sh is a function of $Ra_D$ only. However, for the region of high $Ra_D$, Sh can be related with $Ra_DSc_p$. Based on the present backbone equation and the electrochemical mass transfer experiments which are electro plating or electroless plating, the new ionic mass transfer correlation is suggested in the porous media.
A numerical analysis has been carried out on forced convection heat transfer in the developing region of a porous channel. The channel is filled with an isotropic porous medium. At the channel walls, a uniform heat flux is given. Comprehensive numerical solutions are acquired to the Brinkman-Forchheimer extended Darcy equation and the LTNE model which does not employ the assumption of local thermal equilibrium between solid and fluid phases. Details of thermal fields in the developing region are examined over wide ranges of the thermal parameters. The numerical solutions at the fully developed region are compared with the previous analytical solutions. The correlation for predicting local Nusselt number in a porous channel is proposed.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제11권1호
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pp.1-11
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2007
A linear stability analysis applied to a system consist of a horizontal fluid layer overlying a layer of a porous medium affected by a vertical magnetic field on both layers. Flow in porous medium is assumed to be governed by Darcy's law. The Beavers-Joseph condition is applied at the interface between the two layers. Numerical solutions are obtained for stationary convection case using the method of expansion of Chebyshev polynomials. It is found that the spectral method has a strong ability to solve the multilayered problem and that the magnetic field has a strong effect in his model.
본 연구에서는 소형 위성용 하이브리드 로켓 점화장치에 적용되는 N2O 촉매 베드의 유동 및 열적 현상에 대한 이론적인 고찰을 하였다. 허니콤 형상을 가지는 촉매 베드 내의 열적 현상을 분석하기 위해서 다공성 매질 접근법을 사용하였다. 유동장은 Brinkman- extended Darcy 모델을 사용하였고, 온도장은 One-equation 모델을 사용하여 촉매 베드 내에서 유동장 및 온도장에 대한 해석해들을 구하였다. 다공성 매질 접근법을 적용한 모델의 해석해와 기존 실험결과를 비교하여 본 모델의 정확성을 검증하였다. 해석해에 근거하여 N2O 촉매 베드에 영향을 미치는 중요한 변수들이 촉매 베드의 기공률, 유효 체적비, 촉매 베드와 기공의 직경비, 공급열, 그리고 펌핑파워임을 확인하였으며 촉매 베드 내에서의 열적현상에 대한 중요 변수들의 효과를 연구하였다.
In the present work the influence of various physical parameters on the two-phase flow behavior in a self-heated porous medium has been studied using a numerical model, that is, the effects of heat generation rate, of porosity, of particle size, and of system pressure on the dryout process. To analyze the effect of these parameters, the variation of both liquid volumetric fraction and liquid axial velocity is evaluated at the steady state or at the onset of a first boiled-out region. The analysis of computational results indicate that a qualitative tendency exists between the parameters such as heat generation rate, porosity, effective particle diameter and the temporal development of the liquid volumetric fraction field up to dryout. In addition to these parameters, a variation of fluid properties such as phase density, phase viscosity due to a change of system pressure can be used for gaining insight into the nature of two-phase flow behavior up to dryout.
The coolability of the debris bed with a simulant of solidified corium is experimentally studied, focusing on the effects of the structure of the axial stratified debris bed on the dryout heat flux (DHF). DHF was obtained for the four structures with different particle sizes for the axial stratified debris bed under top flooding. The experimental results show that the dryout position of the axial stratified debris bed is formed at the stratified interface indicated by the temperature rise, and the DHF of the axial stratified bed is much lower than that of the homogeneous bed packed with the upper small particles. To predict the dryout heat flux of the stratified debris beds, by considering the properties of the mixed area, a one-dimensional dryout heat flux model of the porous medium is derived from a water and vapor momentum equation for porous medium, two-phase permeability modifications, interfacial drag, and the correlation between capillary pressure and liquid saturation and verified with the experimental data. The modified model can give reasonable results under different structures.
Two-dimensional modeling studies using TOUGHREACT were conducted to investigate the coupling between flow and transport developed as a consequence of differences in density, dissolution/ precipitation, and medium heterogeneity. The model includes equilibrium reactions for aqueous species, kinetic reactions between tile solid phases and aqueous constituents, and full coupling of porosity and permeability changes resulting from precipitation and dissolution reactions in porous media. Generally, the evolutions in the concentrations of the aqueous phase are intimately related to the reaction-front dynamics. Plugging of the medium contributed to significant transients in patterns of flow and mass transport.
Acoustic pressure transmission coefficient and phase velocity are measured as the functions of water porosity and air porosity in sand sediment slabs with water- and air-filled pores. Pores in the sand sediment slab we modeled as the structure of circular cylindrical tube shape filled with water and air. The first kind(fast) wave and second kind (slow) wave, identified by Biot, in the solid and fluid mixed medium are affected by the presence of water and air pores. Acoustic characteristics of such porous medium in water are also theoretically investigated in terms of the modified Biot-Attenborough (MBA) model, which uses the separate treatment of viscosity effect and thermal effect in non-rigid porous medium with water- and air-filed pores. The information on the fast waves introduces new concepts of the generalized tortuosity factor and dynamic shape factor.
Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) has been widely used for the measurement of molecular diffusion in living cells and tissues. We developed an image-based FRAP (iFRAP) technique using a modified real-time microscope and a 488 nm Ar-ion laser. A fractional intensity curve was obtained from the time-lapse images of fluorescence recovery in the bleached spot to determine the diffusion coefficient of fluorescently labeled macromolecules in porous medium. We validated iFRAP through experiments with agar gels (0.5% and 1.5% w/v) containing FITC-Dextrans (10, 70 and 500 kDa MW). Further validation was performed by a Monte Carlo approach, where we simulated the three-dimensional random walk of macromolecules in agar gel model. Diffusion coefficients were deduced from the mean square displacement curves and showed good agreements with those measured by iFRAP.
Huang, Qinghua;Yu, Xinping;Lv, Jun;Zhou, Jilie;Elvenia, Marischa Ray
Steel and Composite Structures
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제45권3호
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pp.409-423
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2022
Nowadays, there is a high demand for great structural implementation and multifunctionality with excellent mechanical properties. The porous structures reinforced by graphene platelets (GPLs) having valuable properties, such as heat resistance, lightweight, and excellent energy absorption, have been considerably used in different engineering implementations. However, stiffness of porous structures reduces significantly, due to the internal cavities, by adding GPLs into porous medium, effective mechanical properties of the porous structure considerably enhance. This paper is relating to vibration analysis of fluidconveying cantilever porous graphene platelet reinforced (GPLR) pipe with fractional viscoelastic model resting on foundations. A dynamical model of cantilever porous GPLR pipes conveying fluid and resting on a foundation is proposed, and the vibration, natural frequencies and primary resonant of such a system are explored. The pipe body is considered to be composed of GPLR viscoelastic polymeric pipe with porosity in which Halpin-Tsai scheme in conjunction with the fractional viscoelastic model is used to govern the construction relation of nanocomposite pipe. Three different porosity distributions through the pipe thickness are introduced. The harmonic concentrated force is also applied to the pipe and the excitation frequency is close to the first natural frequency. The governing equation for transverse motions of the pipe is derived by the Hamilton principle and then discretized by the Galerkin procedure. In order to obtain the frequency-response equation, the differential equation is solved with the assumption of small displacement, damping coefficient, and excitation amplitude by the multiple scale method. A parametric sensitivity analysis is carried out to reveal the influence of different parameters, such as nanocomposite pipe properties, fluid velocity and nonlinear viscoelastic foundation coefficients, on the primary resonance and linear natural frequency. Results indicate that the GPLs weight fraction porosity coefficient, fractional derivative order and the retardation time have substantial influences on the dynamic response of the system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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