Purpose: The practical design for experiments with mixtures of q components is consisted in the four types of design points, vertex, center of edge, axial, and center points in a (q-1)-dimensional simplex space. We propose a sequential method for the successful construction of the design space in Quality by Design (QbD) by allowing the different number of replicates at the four types of design points in the practical design when the quadratic canonical polynomial model is assumed. Methods: To compare the mixture designs efficiency, fraction of design space (FDS) plot is used. We search for the practical mixture designs whose the minimal half-width of the tolerance interval per a standard deviation, which is denoted as d2, is less than 4.5 at 0.8 fraction of the design space. They are found by adding the different number of replicates at the four types of the design points in the practical design. Results: The practical efficient mixture designs for the number of components between three and five are listed. The sequential method to establish a design space is illustrated with the two examples based on the simulated data. Conclusion: The designs with the center of edge points replications are more efficient than those with the vertex points replication. We propose the sample size of at least 23 for three components, 28 for four components, and 33 for the five components based on the list of efficient mixture designs.
Gelation mechanism of xanthan-carob mixture (X/C) was investigated based on thermorheological behavior. Three X/C ratios (1:3, 1:1, and 3:1) were studied. Small amplitude oscillatory shear tests were performed to measure linear viscoelastic behavior during gelation. Temperature sweep ($-1^{\circ}C/min$) experiments were conducted. Using a non-isothermal kinetic model, activation energy (Ea) during gelation was calculated. At 1% total concentration, the Ea for xanthan fraction (${\phi}_x$)=0.25, 0.5, and 0.75 were 178, 159, and 123 kJ/mol, respectively. However, a discontinuity was observed in the activation energy plots. Based on this, two gelation mechanisms were presumed-association of xanthan and carob molecules and aggregation of polymer strands. The association process is the primary mechanism to form 3-D networks in the initial stage of gelation and the aggregation of polymer strands played a major role in the later stage.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.1971-1981
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2002
Two-dimensional solidification analysis during rheology forming process of semi-solid aluminum alloy has been studied. Two-phase flow model to investigate the velocity field and temperature distribution is proposed. The proposed mathematical model is applied to the die shape of the two types. To calculate the velocities and temperature fields during rheology forming process, the each governing equations correspondent to the liquid and solid region are adapted. Therefore, each numerical model considering the solid and liquid coexisting region within the semi-solid material have been developed to predict the defects of rheology forming parts. The Arbitrary Boundary Maker And Cell(ABMAC) method is employed to solve the two-Phase flow model of the Navier-Stokes equation. Theoretical model basis of the two-phase flow model is the mixture rule of solid and liquid phases. This approach is based on using the liquid and solid viscosity. The Liquid viscosity is pure liquid state value, however solid viscosity is considered as a function of the shear rate, solid fraction and power law curves.
RoeM and AUSMPW+ schemes are two of the most accurate and efficient schemes which are recently developed for the analysis of single phase gas dynamics. In this paper, we developed two-phase versions of these schemes for the analysis of gas-liquid large density ratio two-phase flow. We adopt homogeneous equilibrium model (HEM) using mass fraction to describe different two phases. In the Eulerian-Eulerian framework, HEM assumes dynamic and thermal equilibrium of the two phases in the same computational mesh. From the mixture equation of state (EOS), we derived new shock-discontinuity sensing term (SDST), which is commonly used in RoeM and AUSMPW+ for the stable numerical flux calculation. The proposed two-phase versions of RoeM and AUSMPW+ schemes are applied on several air-water two-phase test problems. In spite of the large discrepancy of material properties such as density, enthalpy, and speed of sound, the numerical results show that both schemes provide very satisfactory solutions.
Park, Yong-Chan;Yoon, Chi-Ho;Lee, Dong-Kil;Kwon, Seok-Ki
Ocean and Polar Research
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v.26
no.4
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pp.647-653
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2004
Experimental studies with 4.3m and enlarged 30m in height have been conducted to investigate the flow characteristics of solid-liquid mixture in a lifting pipe and to acquire the design data for sea tests that will be performed in the future. From the results, it was observed that the more the discharged volume fraction and the solid diameter increase, the more the hydraulic gradient increases. Also, the more the diameter of the lifting pipe increases, the smaller the friction loss, and consequently, the less pressure drop and hydraulic gradient. From the enlarged hydraulic pumping experiments, it was shown that the results of the experiments were matched with those of the numerical model previously developed. On the bases of these studies, we plan to conduct further experiments and validate the hydraulic pumping model.
Reactant mixing has a critical role in ensuring reformate quality and an important design objective is to achieve sufficiently complete mixture of reactants. For that purpose it is required to understand the coupled transport-kinetics phenomena in the mixing region. Three-dimensional computational fluid dynamics model was developed and validated in previous works. The mixing characteristics in various alternatives of a prototype mixing chamber were compared, and then a reduced reaction kinetics was applied to two extreme designs for investigating the impact of gas-phase reactions. Both designs did not reach threshold ethylene mole fraction of 0.001, but surprisingly more ethylene was generated in the design having better mixing characteristics. The presentation will deliver the development process of coupled transport and kinetics model briefly and the detailed information about the mixing characteristics and gas-phase reactions in two mixer designs.
The effects of velocity boundary conditions on the structure of methane-air nonpremixed counterflow flames were investigated by two-dimensional numerical simulation. Two low global strain rates, 12 s$\^$-1/ and 20 s$\^$-1/, were considered for comparison with measurements. Buoyancy was conformed to have strong effects on the flame structure at a low global strain rate. It was shown that the location where a top hat velocity profile was imposed is sensitive to the flame structure, and that the computed temperature along the centerline agrees well with the measurements when plug flow was imposed at the inner surface of the screen nearest the duct exit.
The objective of the present work is to assess the analysis capability of two wall film condensation models, the default and the alternative models, of RELAP5/MOD3.2 on condensation experiments in the presence of noncondensable gas in a vertical tube of PCCS of CP-1300. In the calculation of a base case the default model of RELAP5/MOD3.2 under-predicts the heat transfer coefficients, and Its alternative model over-predicts them throughout the condensing tube, Also, both models over-predict the void fractions. The nodalization study shows that the variation of the node number does not change both modeling results of RELAP5/MOD3.2 Sensitivity study for varying input parameters shows that the inlet steam-air mixture flow rate, the inlet air mass fraction, and the inlet saturated steam temperature give significant changes of their heat transfer coefficients Run statistics show that the grind time of the default model is always higher than that of the alternative model by about 23%.
Kim, Gun-Hong;Kim, Hu-Jung;Kim, Yong-Mo;Kim, Seung-Ku
한국연소학회:학술대회논문집
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2003.12a
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pp.3-9
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2003
By utilizing a semi-empirical soot model, the applicability of the laminar flamelet concept for simulating the formation and oxidation of soot in the laminar diffusion flame has been studied. The source terms for two transport equations of the soot formation and oxidation are calculated in the mixture fraction/scalar dissipation rate space for laminar flamelets and stored in a library. In this study, emphasis is given to the interaction associated with radiation and soot formation. The radiative heat loss is obtained by solving the radiative transfer equation using the unstructured grid finite volume method with the WSGGM. The calculated temperatures and soot volume fractions agree relatively well with the experimental data and the previous numerical results of Kaplan et al. using the detailed chemistry.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.6
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pp.446-454
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2008
The purpose of this paper is to analyze two-phase flows of the hydrogen recirculation system. Two-phase flow modeling is one of the great challenges in the classical sciences. As with most problems in engineering, the interest in two-phase flow is due to its extreme importance in various industrial applications. In hydrogen recirculation systems of fuel cell, the changes in pressure and temperature affect the phase change of mixture. Therefore, two-phase flow analysis of the hydrogen recirculation system is very important. Two-phase computation fluid dynamics (CFD) calculations, using a commercial CFD package FLUENT 6.2, were employed to calculate the gas-liquid flow. A two-phase flow calculation was conducted to solve continuity, momentum, energy equation for each phase. Then, the mass transfer between water vapor and liquid water was calculated. Through an experiment to measure production of liquid water with change of pressure, the analysis model was verified. The predictions of rate of condensed liquid water with change of pressure were within an average error of about 5%. A comparison of experimental and computed data was found to be in good agreement. The variations of performance, properties, mass fraction and two-phase flow characteristic of mixture with resepct to the fuel cell power were investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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