This paper addresses temperature-dependent nonlinear vibration and instability of embedded functionally graded (FG) pipes conveying viscous fluid-nanoparticle mixture. The surrounding elastic medium is modeled by temperature-dependent orthotropic Pasternak medium. Reddy third-order shear deformation theory (RSDT) of cylindrical shells are developed using the strain-displacement relations of Donnell theory. The well known Navier-Stokes equation is used for obtaining the applied force of fluid to pipe. Based on energy method and Hamilton's principal, the governing equations are derived. Generalized differential quadrature method (GDQM) is applied for obtaining the frequency and critical fluid velocity of system. The effects of different parameters such as mode numbers, nonlinearity, fluid velocity, volume percent of nanoparticle in fluid, gradient index, elastic medium, boundary condition and temperature gradient are discussed. Numerical results indicate that with increasing the stiffness of elastic medium and decreasing volume percent of nanoparticle in fluid, the frequency and critical fluid velocity increase. The presented results indicate that the material in-homogeneity has a significant influence on the vibration and instability behaviors of the FG pipes and should therefore be considered in its optimum design. In addition, fluid velocity leads to divergence and flutter instabilities.
A refined projection-based purely Lagrangian meshfree method is presented towards reliable numerical analysis of fluid flow interactions with saturated/unsaturated porous media of uniform/spatially-varying porosities. The governing equations are reformulated on the basis of two-phase mixture theory with incorporation of volume fraction. These principal equations of mixture are discretized in the context of Incompressible SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) method. Associated with the consideration of governing equations of mixture, a new term arises in the source term of PPE (Poisson Pressure Equation), resulting in modified source term. The linear and nonlinear force terms are included in momentum equation to represent the resistance from porous media. Volume increase of fluid particles are taken into consideration on account of the presence of porous media, and hence multi-resolution ISPH framework is also incorporated. The stability and accuracy of the proposed method are thoroughly examined by reproducing several numerical examples including the interactions between fluid flow and saturated/unsaturated porous media of uniform/spatially-varying porosities. The method shows continuous pressure field, smooth variations of particle volumes and regular distributions of particles at the interface between fluid and porous media.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.3
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pp.110-124
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2014
Surge phenomena in the zone of reduced speeds in a system of a nine-stage axial flow compressor coupled with ducts were studied analytically by use of a surge transient simulation code. Main results are as follows. (1) Expansion of apparently stable, non-surge working area of the pressure vs. flow field beyond the initial stage-stall line was predicted by the code in the lower speed region. The area proved analytically to be caused by significantly mismatched stage-working conditions, particularly with the front stages deep in the rotating stall branch of the characteristics, as was already known in situ and in steady-state calculations also. (2) Surge frequencies were found to increase for decreasing compressor speeds as far as the particular compressor system was concerned. (3) The tendency was found to be explained by a newly introduced volume-modified reduced surge frequency. It suggests that the surge frequency is related intimately with the process of emptying and filling of air into the delivery volume. (4) The upstream range of movement of the fluid mass having once passed through the compressor in surge was found to reduce toward the lower speeds, which could have caused additionally the increase in surge frequency. (5) The concept of the volume-modified reduced surge frequency was able to explain, though qualitatively at present, the behaviors of the area-pressure ratio parameter for the stall stagnation boundary proposed earlier by the author.
Kim, Hyun Muk;Bae, Seong Hun;Bae, Dae Seok;Park, Cheol Hyeon;Jeon, Hyeok Soo;Kim, Jeong Soo
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.591-595
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2017
Numerical simulations were carried out to analyze thermo-fluid dynamic and missile-motion performance by using two-phase flow model and dynamic grid system. To analyze the interaction among the hot gas, coolant, and mixture flow, Realizable $k-{\varepsilon}$ turbulence and VOF(Volume Of Fluid) model were chosen and a parametric study was performed with the change of coolant flow rate. As a result of the analysis, pressure of the canister showed a large difference depending on the presence or absence of the coolant, and also showed a dependancy on the amount of coolant. Velocity and acceleration were dependent on the canister pressure.
A volume capturing method using unstructured grid system for numerical analysis of multiphase flows is introduced in the present paper. This method uses an interface capturing method (CICSAM) in a volume of fluid(VOF) scheme for phase interface capturing. The novelty of CICSAM lies in the adaptive combination of high resolution discretization scheme which ensures the preservation of the sharpness and shape of the interface while retaining boundedness of the field, and no explicit interface reconstruction which is perceived to be difficult to implement on unstructured grid system. Several typical test cases for multiphase flows are presented, which are simulated by an in-house solution code(PowerCFD). This code employs an unstructured cell-centered method based on a conservative pressure-based finite-volume method with CICSAM. It is found that the present method simulates efficiently and accurately complex free surface flows such as multiphase flows.
Dae Kyung Noh;Dong Won Lee;Jeong Bae Jeon;Joo Sup Jang
Journal of Drive and Control
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v.21
no.2
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pp.15-22
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2024
The objective of this study was to examine whether a gerotor pump used in a transmission could be converted into an electric vehicle thermal management system pump using a virtual design environment. To achieve this objective, we first built an environment that could analyze the performance of a gerotor pump in heat transfer fluid. Flow rate, pressure, and volumetric efficiency were then analyzed when using heat transfer fluid in a gerotor pump. Finally, how large the displacement volume of the pump should be designed when using a heat transfer fluid other than oil was determined. Based on results of this study, it is expected that gerotor pumps will be applied to new business fields such as electric vehicle cooling systems.
Magnetic fluid, a new type of magnetic material, is a colloidal liquid constituted of nano-scale ferromagnetic particles suspended in carrier fluid. Magnetic fluid sealing is one of the most successful applications of magnetic fluid. As a new type of seal offering the advantages of no leakage, long life and high reliability, the magnetic fluid seal has been widely utilized under vacuum- and low-pressure-differential conditions. In practical applications, for improved pressure capacity, a multistage sealing structure is always used. However, in engineering applications, a uniform distribution of magnetic fluid under each tooth often cannot be achieved, which problem weakens the overall pressure capacity of the seals. In order to improve the pressure capacity of magnetic fluid seals and broaden their applications, the present study theoretically and experimentally analyzed the degree of non-uniform distribution of multistage magnetic fluid seals. A mathematical model reflecting the relationship between the pressure capacity and the distribution of magnetic fluid under a single tooth was constructed, and a formula showing the relationship between the volume of magnetic fluid and its contact width with the shaft was derived. Furthermore, the relationship of magnetic fluid volume to capacity was analyzed. Thereby, the causes of non-uniform distribution could be verified: injection of magnetic fluid; the assembly of magnetic fluid seals; the change of magnetic fluid silhouette under pressure loading; the magnetic fluid sealing mechanism of pressure transmission, and seal failure. In consideration of these causes, methods to improve the pressure capacity of magnetic fluid seals was devised (and is herein proposed).
This paper presents the multiscale calculation results of the very fast volume transport in micro/nano cylindrical tubes with the wall slippage. There simultaneously occurs the adsorbed layer flow and the intermediate continuum fluid flow which are respectively on different scales. The modeled fluid is water and the tube wall is somewhat hydrophobic. The calculation shows that the power loss on the tube no more than 1.0 Watt/m can generate the wall slippage even if the fluid-tube wall interfacial shear strength is 1 MPa; The power loss on the scale 104 Watt/m produces the volume flow rate through the tube more than one hundred times higher than the classical hydrodynamic theory calculation even if the fluid-tube wall interfacial shear strength is 1 MPa. When the wall slippage occurs, the volume flow rate through the tube is in direct proportion to the power loss on the tube but in inverse proportion to the fluid-tube wall interfacial shear strength. For low interfacial shear strengths such as no more than 1 kPa, the transport in the tube appears very fast with the magnitude more than 4 orders higher than the classical calculation if the power loss on the tube is on the scale 104 Watt/m.
With all the recent progresses in computer hardware and software technology, the animation of fluids in real-time is still among the most challenging issues of computer graphics. The fluid animation is carried out in two steps - the physical simulation of fluids immediately followed by the visual rendering. The physical simulation is usually accomplished by numerical methods utilizing the particle dynamics equations as well as the fluid mechanics based on the Navier-Stokes equations. Particle dynamics method is usually fast in calculation, but the resulting fluid motion is conditionally unrealistic. The methods using Navier-Stokes equation, on the contrary, yield lifelike fluid motion when properly conditioned, yet the complexity of calculation restrains this method from being used in real-time applications. This article presents a rapid fluid animation method by using the continuum-based fluid mechanics and the enhanced particle dynamics equations. For real-time rendering, pre-integrated volume rendering technique was employed. The proposed method can create realistic fluid effects that can interact with the viewer in action, to be used in computer games, performances, installation arts, virtual reality and many similar multimedia applications.
Numerical study was performed to investigate the convective heat transfer of Al2O3/water nanofluid flowing through the concentric double pipe counterflow heat exchangers. Hot fluid flowing through the inner pipe transfers its heat to cooling fluid flowing in the outer pipe. Effects of important parameters such as hot and cold volume flow rates, fluid type in the outer and inner pipes, and nanoparticles concentration on the heat transfer and flow characteristics are investigated. The results indicated that the heat transfer performance increases with increasing the hot and cold volume flow rates, as well as the particle concentrations. When both outer and inner pipes are nanofluids with 8% nanoparticle volume concentration, nanofluids showed up to 17% better heat transfer rate than basic fluids. Also, the average heat transfer coefficient of the base fluid for annulus-side improved by 31%. Approximately 20% enhancement in the heat exchanger effectiveness can be achieved with the addition of 8% alumina particles in base fluid. But, addition of nanoparticles to the base fluid enhanced friction factor by about 196%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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