A measurement technique for the void fraction and the bubble dynamics in gas-liquid two-phase flows has been proposed using a time-resolved two-phase PIV system. For the three-dimensional evaluation of the bubble information, both the images from the front and side views are simultaneously recorded into a high speed CCD camera by reflecting the side image into the front view with the help of a $45^{\circ}$ oriented mirror. Then, a stereo-matching technique is applied to calculate the void fraction, bubble size and shape. To obtain the rising bubble velocities, the 2-frame PTV method was applied. Consequently, the present technique shows good feasibility for the measurements of the volume fractions, mean diameters, aspect ratios and velocities of the bubbles at the three-dimensional point of view.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.11
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pp.904-911
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2007
A measurement technique fur void fraction has been proposed using a time-resolved two-phase PIV system and the bubble dynamics has been investigated in gas-liquid two-phase flows. For the three-dimensional evaluation of the bubble information, both the images from the front and side views are simultaneously recorded into a high speed CCD camera by reflecting the side view image on a $45^{\circ}$ oriented mirror to be juxtaposed with the front view image. Then, a stereo-matching technique is applied to calculate the void fraction, bubble size and shape. To obtain the rising bubble velocities, the 2-frame PTV method was adopted. The present technique is applied to freely rising bubby flows in stagnant liquid. The results show that the increase of bubble flow rate gives rise to the increase of bubble size and rising velocity at first. If it goes over a certain level, the rising velocity becomes constant and the horizontal velocity grows bigger instead due to the obstruction of other bubbles.
In resin transfer molding (RTM), resin is forced to flow through the fiber perform of inhomogeneous permeability. This inhomogeneity is responsible for the mismatch of resin velocity within and between the fiber tows. The capillary pressure of the fiber tows exacerbates the spatial variation of the resin velocity. The resulting microscopic perturbations of resin velocity at the flow front allow numerous air voids to form. In this study, a mathematical model was developed to predict the formation and migration of micro-voids during resin transfer molding. A transport equation was employed to account for the migration of voids between fiber tows. Incorporating the proposed model into a resin flow simulator, the volumetric content of micro-voids in the preform could be obtained during the simulation of resin impregnation.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.20
no.2
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pp.157-167
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2008
The aeration of an overtopping wave on a vertical structure generated by a plunging wave was investigated through laboratory measurements of void fraction. The overtopping wave occurring after wave breaking becomes multi-phased and turbulent with significant aeration, so that the void fraction of the flow is of importance. In this study, fiber optic reflectometer and bubble image velocimetry were employed to measure the void fraction, velocity, and layer thickness of the overtopping flow. Mean properties were obtained by ensembleand time-averaging the repeated instantaneous void fractions and velocities. The mean void fractions show that the overtopping wave is very high-aerated near the overtopping wave front and relatively low-aerated near the deck surface and rear free surface of the wave. The flow rate and momentum of the overtopping flow estimated using the measured data show that the void ratio is an important parameter to consider in the multiphase flow. From the similarity profiles of the depth-averaged void fraction, velocity, and layer thickness, one-dimensional empirical equations were obtained and used to estimate the flow rate and momentum of the overtopping flow.
The incomplete saturation and the void formation during the resin infiltration into fibrous porous media in the resin transfer molding process cause failure in the final product during its service. In order to better understand flow behavior during the filling process, a finite-element scheme for transient flow simulation across the micro-structured fibrous media is developed in the present work. A volume-of- fluid (VOF) method has been incorporated in the Eulerian frame to capture the evolution of flow front and the vertical periodic boundary condition has been combined to avoid unwanted wall effect. In the microscale simulation, we investigated the transient filling process in various fiber structures and discussed the mechanism leading to the flow fingering in the case of random fiber distribution. Effects of the filling pressure, the shear-thinning behavior of fluid and the volume fraction on the flow front have been investigated for both intra-tow and the inter-tow flows in dual-scale fiber tow models.
The objective of this work is to propose a procedure to simulate the flow in the LCM (Liquid Composites Molding) processes by finite difference discretization in a curvilinear coordinate system adapted to the shape of the saturated zone. The numerical results obtained are compared with experimental results obtained by an experimental device elaborated at our laboratory. It allows to realize linear and radial injections for different porosities and to observe the flow front kinetics. Numerical and experimental results are then compared with those of the literatures and excellent agreements are noticed. Finally, we suggest a concept of the capillary number to explain the variations of the permeability obtained for pressure values lower than 0.25 Bar.
Flow-induced voids during resin impregnation and poor fiber wetting give serious effects on the mechanical properties of composites in resin transfer molding process. In order to better understand the characteristics of resin flow and to investigate the mechanism of void formation, flow visualization experiment for the resin impregnation was carried out on plain weaving glass fiber mats using silicon oils with various viscosity values. The permeability and the capillary pressure for the fiber mats of different porosities were obtained by measuring the penetration length of the resin with time and with various injection pressure. At low porosity and low operating pressure, the capillary pressure played a significant role in impregnation process. Video-assisted microscopy was used in taking the magnified photograph of the flow front of the resin to investigate the effect of the capillary pressure on the void formation. The results showed that the voids were formed easily when the capillary pressure was relatively high. No voids were detected above the critical capillary number of 2.75$\times$$10^{-3}, and below the critical number the void content increased exponentially with decrease of the capillary number. The content of void formed was independent of the viscosity of the resin. For a given capillary number, the void content reduced with the lower porosity of the fiber mat.
Rapid flow advancement without void formation is essential in the liquid composite molding (LCM) such as resin transfer molding (RTM) and vacuum assisted resin transfer molding (VARTM). A highly permeable layer in multi-layered preform has an important role in improvement of the flow advancement. In this study, a multi-layered preform which consists of three layers is employed. Radial flow experiment is carried out for the multi-layered preform. A new analytic model for advancement of flow front is proposed and effective permeability is defined. The effective permeability for the multi-layered preform is obtained analytically and compared with experimental results. Compaction test is performed to determine the exact fiber volume traction of each layer in the multi-layered preform. Transverse permeability employed in modeling is measured experimentally unlike the previous studies. Accurate prediction of flow advancement is of great use for saving the processing time and enhancing product properties of the final part.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.155-158
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2004
In resin transfer molding, the preform similar to product shape is placed into a mold cavity. Rapid flow front without void formation is important for the composites processing. Multi-layered preform of sandwich is selected. Experiments is carried out using redial flow. An analytical modeling is performed and compared with experimental results. Accurate prediction of flow advance in the preform is of use for reducing the time consumption in the process and enhancing product properties of the final part.
In RTM process, the content of microvoids can be critical due to the fact that the presence of microvoids degrades mechanical properties on the fabricated composite parts. The present paper proposes an experimental method of observation in void formation and transport. VARTM processes are performed under observation with a digital video camera and then the microvoid formation in the flow front and transport are videotaped and observed both in channels and tows. The obtained data are used in the mathematical model in order to determine the model constants. Experimental results and expected results from the mathematical model show a good agreement with each other.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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