An, Gang-Ho;Kim, Nam-Hyo;Lee, Jong-Ho;Bae, Gwi-Nam
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.6
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pp.2005-2013
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1996
Particle paths and flow fields in a prototype differential mobility analyzer (DMA) were numerically analyzed solving Navier-Stokes equation, electric field equation and particle motion considering viscous drag force, Coulomb force and polarization force. Analytically predicted particle diameters for the prototype DMA are in good agreement with the measured particle diameters within $\pm$1%. And the analytically predicted particle diameters are also in good agreement with numerical results for the prototype DMA.
Using a Rheometries Fluids Spectrometer (RFS II), the dynamic viscoelastic properties of aqueous poly(ethylene oxide) (PEO) solutions in small amplitude oscillatory shear flow fields have been measured over a wide range of angular frequencies. The angular frequency dependence of the storage and loss moduli at various molecular weights and concentrations was reported in detail, and the result was interpreted using the concept of a Deborah number De. In addition, the experimentally determined critical angular frequency at which the storage and loss moduli become equivalent was compared with the calculated characteristic time (or its inverse value), and their physical significance in analyzing the dynamic viscoelastic behavior was discussed. Finally, the relationship between steady shear flow and dynamic viscoelstic properties was examined by evaluating the applicability of some proposed models that describe the correlations between steady flow viscosity and dynamic viscosity, dynamic fluidity, and complex viscosity. Main results obtained from this study can be summarized as follows: (1) At lower angular frequencies where De<1, the loss modulus is larger than the storage modulus. However, such a relation between the two moduli is reversed at higher angular frequencies where De>l, indicating that the elastic behavior becomes dominant to the viscous behavior at frequency range higher than a critical angular frequency. (2) A critical angular frequency is decreased as an increase in concentration and/or molecular weight. Both the viscous and elastic properties show a stronger dependence on the molecular weight than on the concentration. (3) A characteristic time is increased with increasing concentration and/or molecular weight. The power-law relationship holds between the inverse value of a characteristic time and a critical angular frequency. (4) Among the previously proposed models, the Cox-Merz rule implying the equivalence between the steady flow viscosity and the magnitude of the complex viscosity has the best validity. The Osaki relation can be regarded to some extent as a suitable model. However, the DeWitt, Pao and HusebyBlyler models are not applicable to describe the correlations between steady shear flow and dynamic viscoelastic properties.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.9
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pp.698-706
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2006
Experiment and numerical calculation have been peformed to investigate mixed convection heat transfer between inclined parallel plates. Particle image velocimetry (PIV) with thermo-sensitive liquid crystal (TLC) tracers is used for visualizing and analysis. This method allows simultaneous measurement of velocity and temperature fields at a given instant of time. Quantitative data of the temperature and velocity are obtained by applying the color-image processing to a visualized image, and neural network is applied to the color-to-temperature calibration. The governing equations are discretized using the finite volume method. The results are presented for the Reynolds number ranges from 0.004 to 0.062, the angle of inclination, ${\Theta}$, from 0 to 45 degree and Prandtl number of the high viscosity fluid is 909. The results show velocity, temperature and mean Nusselt numbers distributions. It is found that the periodic flow of mixed convection between inclined parallel plates is shown at $0^{\circ}{\leq}{\Theta}<30^{\circ}$, Re<0.062, and the flow pattern can be classified into three patterns which depend on Reynolds number and the angle of inclination. The minimum Nusselt numbers occur at Re=0.05 regardless of the angle of inclination.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.10
no.2
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pp.95-105
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2009
The flow fields around the HARTII rotor were numerically investigated using a viscous flow solver on adaptive unstructured meshes. An overset mesh and a deforming mesh technique were used to handle the blade motion including blade deflection, which was obtain from the HARTII experimental data. A solution-adaptive mesh refinement technique was also used to capture the rotor wake effectively. Comparison of the sectional normal force and pitching moment at 87% radial station between the two cases, with and without the blade deflection, showed that the blade loading is significantly affected by blade torsion. It was found that as the mesh was refined, the strength of tip vortex is better preserved, and the magnitude of high frequency blade loading, caused by blade-vortex interaction (BVI), is further magnified. It was also found that a proper time step size, which corresponds to the cell size, should be used to predict unsteady solutions accurately. In general, the numerical results in terms of the unsteady blade loading and the rotor wake show good agreement with the experimental data.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.267-277
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1993
A finite element method(FEM) is presented and applied to the two-dimensional bottom turbulent boundary layer. The time-dependent incompressible motion of a viscous fluid is formulated by using the well-known Navier-Stokes equations and vorticity equation in terms of the velocity and pressure fields. The general numerical formulation is based on Galerkin method and solved by introducing the mixing length theory of Prandtl for eddy kinematic viscosity of a turbulent flow field. Numerical computations of the transport of sediment on an arbitrary sea-bed due to wave motion in the turbulent boundary layer are carried out. The results obtained by the FEM made clear the difference in characteristic features between the boundary layer due to oscillatory flow and the boundary layer due to wave motion.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.4
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pp.1-11
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2004
Numerical analyses on the aerodynamic characteristics of a counter rotating axial flow fan were conducted for the development of an axial type in-line duct fan. The counter rotating fan has a front rotor and a rear rotor which are counter rotating each other. Blade design of the counter rotating fan was done by extension of design method for axial flow fan which consists of rotor and stator blades. Through flow analysis was performed using matrix method which is applied for flow fields prediction of compressors or turbines. Aerodynamic characteristics and characteristic curves of the counter rotating fan were analyzed by expansion of the frequency domain panel method with duct modeling. Pressure losses were higher at leading edge and hub region of rotor blades. Characteristic curve of the counter rotating fan was overpredicted without consideration of viscous effect.
Using a strain-controlled rheometer, the dynamic viscoelastic properties of aqueous xanthan gum solutions with different concentrations were measured over a wide range of strain amplitudes and then the linear viscoelastic behavior in small amplitude oscillatory shear flow fields was investigated over a broad range of angular frequencies. In this article, both the strain amplitude and concentration dependencies of dynamic viscoelastic behavior were reported at full length from the experimental data obtained from strain-sweep tests. In addition, the linear viscoelastic behavior was explained in detail and the effects of angular frequency and concentration on this behavior were discussed using the well-known power-law type equations. Finally, a fractional derivative model originally developed by Ma and Barbosa-Canovas (1996) was employed to make a quantitative description of a linear viscoelastic behavior and then the applicability of this model was examined with a brief comment on its limitations. Main findings obtained from this study can be summarized as follows: (1) At strain amplitude range larger than 10%, the storage modulus shows a nonlinear strain-thinning behavior, indicating a decrease in storage modulus as an increase in strain amplitude. (2) At strain amplitude range larger than 80%, the loss modulus exhibits an exceptional nonlinear strain-overshoot behavior, indicating that the loss modulus is first increased up to a certain strain amplitude(${\gamma}_0{\approx}150%$) beyond which followed by a decrease in loss modulus with an increase in strain amplitude. (3) At sufficiently large strain amplitude range (${\gamma}_0>200%$), a viscous behavior becomes superior to an elastic behavior. (4) An ability to flow without fracture at large strain amplitudes is one of the most important differences between typical strong gel systems and concentrated xanthan gum solutions. (5) The linear viscoelastic behavior of concentrated xanthan gum solutions is dominated by an elastic nature rather than a viscous nature and a gel-like structure is present in these systems. (6) As the polymer concentration is increased, xanthan gum solutions become more elastic and can be characterized by a slower relaxation mechanism. (7) Concentrated xanthan gum solutions do not form a chemically cross-linked stable (strong) gel but exhibit a weak gel-like behavior. (8) A fractional derivative model may be an attractive means for predicting a linear viscoelastic behavior of concentrated xanthan gum solutions but classified as a semi-empirical relationship because there exists no real physical meaning for the model parameters.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.32
no.1
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pp.83-93
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1995
A numerical and experimental investigation on the flow characteristics in the rectangular duct of an MHD propulsion system has been carried out. In numerical analysis, three-dimensional, steady-state, viscous, incompressible electrically conducting fluid flow under the influence of uniformly applied magnetic and electric fields was treated using a finite-difference technique. It was found from the numerical study that when the Lorentz force is weak, the typical parabolic velocity profile under a laminar flow condition changes to an M shaped profile near the electrode region and that the pressure increases linearly from the inlet toward the outlet of the MHD duct under constant electro-magnetic field. In experiment, thrust of the MHD propulsion system can be controlled easily by varying electrode current. The measured pressure gradient along the MHD duct is proportional to the Lorentz force, which is in agreement with the numerical results.
The objective of the present study is to systematically characterize a linear viscoelastic behavior of petroleum jelly in small amplitude oscillatory shear flow fields correspondent to the rheological ground state. With this aim, using a strain-controlled rheometer, the dynamic viscoelastic properties of commercially available petroleum jelly have been measured at $37^{\circ}C$ (body temperature) over a wide range of angular frequencies at an extremely small strain amplitude of 0.1 %. In this article, the linear viscoelastic behavior was reported in detail and then explained from a structural view-point of petroleum jelly and discussed in depth with respect to the consumer's requirements. Main findings obtained from this study can be summarized as follows : (1) The storage modulus is always greater than the loss modulus over an entire range of angular frequencies studied, meaning that the linear viscoelastic behavior of petroleum jelly is dominated by an elastic nature rather than a viscous nature. (2) Petroleum jelly shows a desirable linear viscoelastic behavior with respect to the consumer's requirements because it is undesirable for the product to flow down from the skin at an initial stage upon contact with the human skin. (3) A fractional derivative model shows an excellent applicability to describe a linear viscoelastic behavior of petroleum jelly. However, this model should be used with a special caution because there exists no physical meaning for the model parameters. (4) A modified form of the Cox-Merz rule gives a good ability to predict the relationship between steady shear flow properties (nonlinear behavior) and dynamic viscoelastic properties (linear behavior) for petroleum jelly.
Using a strain-controlled rheometer [Rheometrics Dynamic Analyzer (RDA II)], the steady shear flow properties of a semi-solid ointment base (vaseline) have been measured over a wide range of shear rates at temperature range of $25{\sim}60^{\circ}C$. In this article, the steady shear flow properties (shear stress, steady shear viscosity and yield stress) were reported from the experimentally obtained data and the effects of shear rate as well as temperature on these properties were discussed in detail. In addition, several inelastic-viscoplastic flow models including a yield stress parameter were employed to make a quantitative evaluation of the steady shear flow behavior, and then the applicability of these models was examined by calculating the various material parameters (yield stress, consistency index and flow behavior index). Main findings obtained from this study can be summarized as follows : (1) At temperature range lower than $40^{\circ}C$, vaseline is regarded as a viscoplastic material having a finite magnitude of yield stress and its flow behavior beyond a yield stress shows a shear-thinning (or pseudo-plastic) feature, indicating a decrease in steady shear viscosity as an increase in shear rate. At this temperature range, the flow curve of vaseline has two inflection points and the first inflection point occurring at relatively lower shear rate corresponds to a static yield stress. The static yield stress of vaseline is decreased with increasing temperature and takes place at a lower shear rate, due to a progressive breakdown of three dimensional network structure. (2) At temperature range higher than $45^{\circ}C$, vaseline becomes a viscous liquid with no yield stress and its flow character exhibits a Newtonian behavior, demonstrating a constant steady shear viscosity regardless of an increase in shear rate. With increasing temperature, vaseline begins to show a Newtonian behavior at a lower shear rate range, indicating that the microcrystalline structure is completely destroyed due to a synergic effect of high temperature and shear deformation. (3) Over a whole range of temperatures tested, the Herschel-Bulkley, Mizrahi-Berk, and Heinz-Casson models are all applicable and have an almostly equivalent ability to quantitatively describe the steady shear flow behavior of vaseline, whereas the Bingham, Casson,and Vocadlo models do not give a good ability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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