This paper presents a numerical study on tip vortex cavitation inception predictions based on non-spherical bubble dynamics including splitting and jet noise emission. A brief summary of the numerical method and its validation against a laboratory experiment are presented. The behavior of bubble nuclei is studied in a tip vortex flow field at two Reynolds numbers, provided by a viscous flow solver. The bubble behavior is simulated by an axisymmetric potential flow solver with the effect of surrounding viscous flow taken into account using one way coupling. The effects of bubble nucleus size and Reynolds number are studied. An effort to model the bubble splitting at lower cavitation numbers is also described.
Urine analysis is one of the most important medical examination in the hospital. Not only the data for the ingredients of urine through chemical analysis, but also the data related to fluid dynamics, e.g., peak flow rate, average flow rate, may provide some useful information about patient's state of health. Therefore, we develop the portable system to measure and analyse fluid volume/flow rate in this study. This system can store and print the measured data during the pre-specified time interval, and provide some meaningful data related with fluid dynamics. We explain the method and the technical stuff to implement the system, and show the result.
In the chemical, mineral and electronics, mechanically stirred tanks are widely used for complex liquid mixing processes. The paper present results from a computational fluid dynamics (CFD) model for the mixing tank in casing process. We used CFD software, FLUENT(Fluent, Inc, Lebanon, NH, version 6.2). A species transport model was used to model the problem. The flow patterns in a mixing tank, 1.6 m in diameter and 2.0 m in height, were studied using CFD. Numerical analysis results show that improved mixing tank was reduced low speed flow region and turbulent region in internal flow of mixing tank.
Complex thermal hydraulic characteristics exist inside the reactor because the reactor internals consist of fuel assembly, internal structures and so on. In this study, to examine the effect of Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)-based two-equation turbulence models in the analysis of flow distribution inside a 1/5 scaled-down APR+, simulation was performed using the commercial computational fluid dynamics software, ANSYS CFX R.13 and the predicted results were compared with the measured data. It was concluded that reactor internal flow pattern was locally different depending on the turbulence models. In addition, the prediction accuracy of k-${\varepsilon}$ model was superior to that of other two-equation turbulence models and this model predicted the relatively uniform distribution of core inlet flow rate.
When exposed to uniform magnetic fields externally applied, paramagnetic particles acquire dipole moments and the induced moments interacting with each other lead to the formation of chainlike structures or clusters of particles aligned with the field direction. A direct simulation method, based on the Maxwell stress tensor and a fictitious domain method, is applied to solve flows with magnetic chains in simple shear flow. We assumed that the particles constituting the chains are paramagnetic, and inertia of both flow and magnetic particles is negligible. The numerical scheme enables us to take into account both hydrodynamic and magnetic interactions between particles in a fully coupled manner, enabling us to numerically visualize breakup and reformation of the chains by the combined effect of the external field and the shear flow. Simple shear flow with suspended magnetic chains is solved in a periodic domain for a given magnetic field. Dynamics of interacting magnetic chains is found to be significantly affected by a dimensionless parameter called the Mason number, the ratio of the viscous force to the magnetic force in the shear flow. The effect of particle area fraction on the chain dynamics is investigated as well.
Interaction of blood flow and leaflet behavior in a bileaflet mechanical heart valve was investigated using computational analysis. Blood flows of a Newtonian fluid and a non-Newtonian fluid with Carreau model were modeled as pulsatile, laminar, and incompressible. A finite volume computational fluid dynamics code and a finite element structure dynamics code were used concurrently to solve the flow and structure equations, respectively, where the two equations were strongly coupled. Physiologic ventricular and aortic pressure waveforms were used as flow boundary conditions. Flow fields, leaflet behaviors, and shear stresses with time were obtained for Newtonian and non-Newtonian fluid cases. At the fully opened phase three jets through the leaflets were found and large vortices were present in the sinus area. At the very final stage of the closing phase, the angular velocity of the leaflet was enormously large. Large shear stress was found on leaflet tips and in the orifice region between two leaflets at the final stage of closing phase. This method using fluid-structure interaction turned out to be a useful tool to analyze the different designs of existing and future bileaflet valves.
The fluid induced vibration (FIV) phenomena of a 2-D.O.F airfoil system have been investigated in low Reynolds number incompressible flow region. Unsteady flows with viscosity are computed using two-dimensional incompressible Navier-stokes code. To validate developed Navier-Stokes code, steady and unsteady flow fields around airfoil are analyzed. The present fluid/structure interaction analysis is based on the most accurate computational approach with computational fluid dynamics (CSD) and computational structural dynamics (CSD) techniques. The highly nonlinear fluid/structure interaction phenomena due to severe flow separations have been analyzed fur the low Reynolds region (R$_{N}$ =500~5000) that has a dominancy of flow viscosity. The effect of R$_{N}$ on the fluid/structure coupled vibration instability of 2-DOF airfoil system is presented and the effect of initial angle of attack on the dynamic instability are also shown.own.
Airfryer is used to heat a food up by convecting hot air upward around the food. In this study, we investigated the effect of the bottom-shape of the food container in airfryer on the upward convection velocity of hot air to find an optimal bottom-shape by computational fluid dynamics. Numerical experiments were performed by solving the incompressible Navier-Stokes equations with turbulence model. We found that the maximum upward velocity with concave flow-passage on the bottom was bigger than that with the flat bottom and that the maximum upward convection velocity was achieved when the number of concave flow-passage with fan-shape is around six. The pressure drop by the internal flow was found to increase as the number of the concave flow-passage on the bottom increased probably due to increase of the surface area of the bottom. Therefore, it can be said that the optimal number of the concave flow-passage is around six for the flow rate considered in this study.
This study investigates the effectiveness of using a plasma actuator for active control of turbulent flow around a finite square cylinder. The primary objective is to analyze the impact of plasma actuators on flow separation and wake region characteristics, which are critical for reducing drag and suppressing vortex-induced vibrations. Direct Numerical Simulation (DNS) was employed to explore the flow dynamics at various operational parameters, including different actuation frequencies and voltages. The proposed methodology employs a neural network trained using the Proximal Policy Optimization (PPO) algorithm to determine optimal control policies for plasma actuators. This network is integrated with a computational fluid dynamics (CFD) solver for real-time control. Results indicate that this deep reinforcement learning (DRL)-based strategy outperforms existing methods in controlling flow, demonstrating robustness and adaptability across various flow conditions, which highlights its potential for practical applications.
In this paper, the flow uniformity improvement and flow characteristic of the sensor condenser for a heat exchanger cleaning system were studied using response surface method and computational-fluid-dynamics. The design variable was defined as a shape for controllable sensor condenser area. The objective functions were defined as the improvement of flow uniformity in heat exchanger cleaning system tubes. The flow uniformity improvement and flow characteristic of optimum model was verified by numerical analysis and the reliability of the model was retained by comparison of numerical analysis and comparative analysis with the reference model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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