Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.15
no.11
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pp.895-901
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2003
Direct numerical simulation database of an axial turbulent boundary layer is used to compute frequency and wave number spectra of the wall shear-stress fluctuations in a low-Reynolds number axial turbulent boundary layer. One-dimensional and two-dimensional power spectra of flow variables are calculated and compared. At low wave numbers and frequencies, the power of streamwise shear stress is larger than that of spanwise shear stress, while the powers of both stresses are almost the same at high wave numbers and frequencies. The frequency/streamwise wave number spectra of the wall flow variables show that large-scale fluctuations to the ms value is largest for the streamwise shear stress, while that of small-scale fluctuations to the rms value is largest for pressure. In the two-point auto-correlations, negative correlation occurs in streamwise separations for pressure and spanwise shear stress, and in spanwise correlation for both shear stresses.
The objective of the present study is to evaluate the effects of the stenting shapes on flow velocity and wall shear stress in angulated coronary stenosis by computer simulation. Coronary angiogram and Doppler ultrasound measurement in the patients with angulated coronary stenosis were obtained. Inlet wave velocity distribution obtained from in vivo intracoronary Doppler data was used for the numerical simulation. Spatial pattern of blood flow velocity and recirculation area were drawn through out the selected segment of coronary models. Wall shear stresses in the intracoronary stent models were calculated from three-dimensional computer simulation. A negative shear stress region, which is consistent with re-circulation area on flow pattern, was noted on the inner wall of post-stenotic area of pre-stenting model. The negative shear stress was disappeared after stenting. Shear stress in the post-stenting model was markedly reduced up to about two orders of magnitude compared to that of the pre-stenting model.
In the present study, flow characteristics of turbulent oscillatory flow in a square-sectional $180^{\circ}$ curved duct are investigated experimentally. In order to measure wall shear stress and pressure distributions, experimental studies for air flow are conducted in a square-sectional $180^{\circ}$ curved duct by using the LDV system with the data acquisition and the processing system. The wall shear stress measuring point bend angle of the $150^{\circ}$ and pressure distribution of the inlet (${\phi}=0^{\circ}$) to the outlet (${\phi}=180^{\circ}$) at $10^{\circ}$ intervals of the duct. The results obtained from the experimentation are summarized as follows: A wall shear stress value in an inner wall is larger than that in an outer wall, except for the phase angle (${\omega}t/{\pi}/6$) of 3, because of the intensity of secondary flow. The pressure distributions are the largest in accelerating and decelerating regions at the bend angle(${\phi}$) of $90^{\circ}$ and pressure difference of inner and outer walls is the largest before and after the ${\phi}=90^{\circ}$.
Seong H. C.;Jung K. S.;Kim K. H.;Ko H. J.;Park C. Y.;Min B. G.;Shim E. B.
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.703-704
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2002
The two major problems related to the blood flow in a floating type polymer valve are thrombus formation and hemolysis. It is well known that the shear stress in the fluid and flow separation around the valve are blamed for such disastrous phenomena. In this viewpoint, through study of the flow field around the valve is imperative to improve design of the valve. The aim of this study is to investigate the fluid flow around a floating type polymer valve. The numerical method employed in this study is the finite element software called ADINA. Incompressible viscous flow is assumed for blood using the assumption of Newtonian fluid. In this study, two prominent features of the axisymmetric flow around the floating type polymer valve are observed: jet-like flows observed near the gap between the conduit and the valve, and recirculating flow downstream of the valve. We also provided a detailed description of shear stress field according to the variation of flow conditions. The shear stress in fluid has its maximum value near the gap between the valve and the conduit.
The present study investigated flow dynamics of a two-dimensional abdominal aortic bifurcation model under sinusoidal flow conditions considering wall motion. impedance phase angle(time delay between pressure and flow waveforms), and non-Newtonian fluid using computational fluid dynamics. The wall shear stress showed large variations in the bifurcated region and the wall motion reduced amplitude of wall shear stress significantly. As the impedance phase angle was changed to more negative values, the mean wall shear stress (time-averaged) decreased while the amplitude (oscillatory) of wall shear stress increased. At the curvature site on the outer wall where the mean wall shear stress approached zero. influence of the phase angle was relatively large. The mean wall shear stress decreased by $50\%$ in the $-90^{\circ}$ phase angle (flow wave advanced pressure wave by a quarter period) compared to the $0^{\circ}$ phase angle while the amplitude of wall shear stress increased by $15\%$. Therefore, hypertensive patients who tend to have large negative phase angles become more vulnerable to atherosclerosis according to the low and oscillatory shear stress theory because of the reduced mean and the increased oscillatory wall shear stresses. Non-Newtonian characteristics of fluid substantially increased the mean wall shear stress resulting in a less vulnerable state to atherosclerosis.
Adiabatic shear bands have been observed in the serrated chip during high strain rate metal cutting process of medium carbon steel and titanium alloy The recent microscopic observations have shown that dynamic recrystallization occurs in the narrow adiabatic shear bands. However the conventional flow stress models such as the Zerilli-Armstrong model and the Johnson-Cook model, in general, do not predict the occurrence of dynamic recrystallization (DRX) in the shear bands and the thermal softening effects accompanied by DRX. In the present study, a strain hardening and thermal softening model is proposed to predict the adiabatic shear localized chip formation. The finite element analysis (FEA) with this proposed flow stress model shows that the temperature of the shear band during cutting process rises above 0.5Τ$_{m}$. The simulation shows that temperature rises to initiate dynamic recrystallization, dynamic recrystallization lowers the flow stress, and that adiabatic shear localized band and the serrated chip are formed. FEA is also used to predict and compare chip formations of two flow stress models in orthogonal metal cutting with AISI 1045. The predictions of the FEA agreed well with the experimental measurements.s.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.1
s.256
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pp.21-28
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2007
The use of drug-eluting stents has dramatically reduced the incidence of restenosis however, much remains to be teamed about the performance of these stouts. In the present study, we tested the hypothesis that the design of drug-eluting stents influences the efficacy of local drug delivery to the arterial wall and that this effect depends on both arterial geometry and the prevailing flow conditions. We performed computational simulations in which the coupled Navier-Stokes and advection-diffusion equations were solved to determine the flow field and drug concentration in the vicinity of model drug-eluting stouts It is found that the characteristics of flow phenomena can be influenced greatly by the ratio of stent diameter to vessel diameter. The presence of drug-eluting stent may have profound effect on wall shear stresses, recirculation sizes and drug distributions. The results show that recirculation zone is influenced by the imposed flow conditions and stent diameter. In pulsatile flow, the low wall shear stress and high drug concentration occur along the arterial wall during the decelerating flow conditions. These results could provide the guideline for future drug-eluting stent designs toward reducing restenosis by affecting local wall shear stress distributions associated with neointimal hyperplasia.
The periodicity of the physiological flow has been the major interest of analytic research in this field up to now Among the mechanical forces stimulating the biochemical reaction of endothelial cells on the wall, the wall shear stresses show the strongest effect to the biochemical product. The objective of present study is to find the effects of velocity waveform on the wall shear stresses and pressure distribution along the artery and to present some correlation of the velocity waveform with the clinical observations. In order to investigate the complex flow phenomena in the bifurcated tube, constitutive equations, which are suitable to describe the rheological properties of the non-Newtonian fluids, are determined, and pulsatile momemtum equations are solved by the finite volume prediction. The results show that pressure and wall shear stresses are related to the velocity waveform of the physiological flow and the blood viscosity. And the variational tendency of the wall shear stresses along the flow direction is very similar to the applied sinusoidal and physiological velocity waveforms, but the stress values are quite different depending on the local region. Under the sinusoidal velocity waveform, a Newtonian fluid and blood show big differences in velocity. pressure, and wall shear stress as a function of time, but the differences under the physiological velocity waveform are negligibly small.
Steady and physiological flows of a Newtonian fluid and blood in the abdominal gorta/iliac artery bifurcation are numerically simulated to understand the etiology and pathogenesis of atherosclerosis. Distributions of velocity, pressure, and wall shear stress in the bifurcated arterial vessel model are calculated to investigate the differences of flow characteristics between steady and physiological flows and to compare flow characteristics of blood with that of a Newtonian fluid For the given Reynolds number the flow characteristics of physiological flows for a Newtonian fluid and blood in the bifurcated arterial vessel are quite different from thcse of steady flows. No flow separation or flow reversal in the bifurcated region appears downstream of a stenosis during the acceleration phase. However, during the deceleration phase the flow exhibits flow separation in the outer walls of daugtlter branches, which extends to the entire wall region.
Blood flow simulations in an idealized carotid bifurcation model with considering wall compliance were carried out to investigate the effect of wall elasticity on the wall shear stress and wall solid stress. Canonical waveforms of flowrates and pressure in the carotid arteries were imposed for the boundary conditions. Comparing to rigid wall model, generally, we could find an increased recirculation region at the carotid bulb and an overall reduced wall shear stress. Also, there was appreciable change of flowrate and pressure waveform in longitudinal direction. Solid and wall shear stress concentration occurs at the bifurcation apex.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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