This paper presents a finite element based explicit coupling method. The derived method is proposed to solve a certain type of fluid-structure interaction problem, which is the motion of a single or flexible fiber with the motion induced by the low-Reynolds-number fluid. The particle motion is treated as a non-linear geometric dynamic problem. The Total-lagrangian finite element method is applied to describe and discretize the particle domain. The Bathe method is used to integrate the time domain. The Stokes equation is used as the governing equation of the fluid domain. The inertia term of the Stokes equation is ignored, and Reynolds number flow is assumed as zero. Since the time term is also canceled, we solve it as a quasi-static problem. Mixed finite element is to solve the fluid equation. An explicit strategy is implemented to couple the particle and the zero-Reynolds number flow. Simulations with the proposed method are presented, including the motion of single and double rigid particle immersed in the double Couette flow and the Poiseuille flow. Simulation of single flexible fiber immersed in a Poiseuille flow is also presented. Effect of particle's density, aspect ratio, and geometry are discussed.
A simply supported pipe conveying fluid and a moving mass upon it constitute a vibrational system. The equation of motion is derived by using Lagrange's equation. The influence of the velocity and the inertia force of a moving mass and the velocities of fluid flow in the pipe have been studied on the dynamic behavior of a simply supported pipe by numerical method. The velocities of fluid low are considered within its critical values of the simply supported pipe without a moving mass upon it. Their coupling effects on the transverse vibration of a simply supported pipe are inspected too. as the velocity of a moving mass increases, the deflection of midspan of a simply supported pipe conveying fluid is increased and the frequency of transverse vibration of the pipe is not varied. Increasing of the velocity of fluid flow makes the frequency of transverse vibration of the simply supported pipe conveying fluid decrease and the deflection of midspan of the pipe increase. The deflection of the simply supported pipe conveying fluid is increased by a coupling of the moving mass and the velocities of a moving mass and fluid flow.
The purpose of this study was to determine the doppler fluid effects of carbonated water (CBW) in a bi-directional flow phantom model. A bi-directional flow phantom model was chosen to realize arterial and venous flow, and the structure of the inner and outer tanks allowed for fluid circulation and also made the size of the phantom small. Carbonated water (CBW), salt fluid (SAF), sugar fluid (SUF), and distilled water (DW) were used as fluids, and ultrasound scans were performed at depths of 1.5 cm and 3.0 cm from the surface of the tank, using B-mode and color Doppler effects. All fluids tested showed color Doppler effects, but CBW had the highest doppler shift and the least variation with depth. In conclusion, we determined that CBW was the most suitable fluid to be used as a doppler fluid and confirmed that the bubbles dissolved in CBW act as doppler scatterers, just like red blood cells inside human blood. Therefore, it is possible that CBW can be used as a blood-mimicking fluid in doppler ultrasound phantoms through further research, and this study will provide basic data.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.15
no.1
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pp.1-9
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2007
This study concerns the characteristics of helical flow in a concentric and eccentric annulus with a diameter ratio of 0.52 and 0.9, whose outer cylinders are stationary and inner ones are rotating. Pressure losses and skin friction coefficients have been measured for fully developed flows of water and 0.2% aqueous of sodium carboxymethyl cellulose (CMC), respectively, when the inner cylinder rotates at the speed of 0-500 rpm. The effect of rotation on the skin friction is significantly dependent on the flow regime. In all flow regimes, the skin friction coefficient is increased by the inner cylinder rotation. The change of skin friction coefficient corresponding to the variation of rotating speed is large for the laminar flow regime, whereas it becomes smaller as Re increases for the transitional flow regime and, then, it gradually approach to zero for the turbulent flow regime.
Interfacial pressure jump terms based on the physics of phasic interface and bubble dynamics are introduced into the momentum equations of the two-fluid model for bubbly flow. The pressure discontinuity across the phasic interface due to the surface tension force is expressed as the function of fluid bulk moduli and bubble radius. The consequence is that we obtain from the system of equations the real eigenvalues representing the void-fraction propagation speed and the pressure wave speed in terms of the bubble diameter. Inversely, we obtain an analytic closure relation for the radius of bubbles in the bubbly flow by using the kinematic wave speed given empirically in the literature. It is remarkable to see that the present mechanistic model using this practical bubble radius can indeed represent both the mathematical well-posedness and the physical wave speeds in the bubbly flow.
In the SG (steam generator) of PWR (pressurized water reactor) for a nuclear plant, hundreds of U-shaped tubes are used for the heat exchanger system. They interact with primary pressurized cooling water flow, generating flow-induced vibration in the secondary flow region. A simplified U-tube model is proposed in this study to apply for experiment and its counterpart computation. Using the commercial code, ANSYS-CFX, we first verified the Moody chart, comparing the straight pipe theory with the results derived from CFD (computational fluid dynamics) analysis. Considering the virtual mass of fluid, we computed the major modes with the low natural frequencies through the comparison with impact hammer test, and then investigated the effect of pump flow in the frequency domain using FFT (fast Fourier transform) analysis of the experimental data. Using two-way fluid-structure interaction module in the CFD code, we studied the influence on mean flow rate to generate the displacement data. A feasible CFD method has been setup in this research that could be applied potentially in the field of nuclear thermal-hydraulics.
A problem on the sloshing flow of highly-viscous fluid in a rectangular box was revisited by both of theoretical approach and experimental visualization method. Based on the theoretical prediction that a linear shape of free surface is prevailing in bulk zone, it has been studied an analogy between a near wall coating flow in sloshing problem and dip coating flow in Landau-Levich problem. Phenomenological observation confirms that, in the case of highly-viscous fluid, I.e., Re ≪ 1, viscous dominant near-wall flow in sloshing problem is identical to dip coating flow generated by drag-out of the plate being in both motion of vertical translation and horizontal rotation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.695-701
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2001
While a rotating inner cylinder executes a periodic translational motion in concentric annulus, the vibration of the rotating inner cylinder is induced by fluid-dynamic forces acting on the cylinder. In the previous study related to journal bearing, the unsteady viscous flow in the annulus and the fluid-dynamic forces were evaluated based on a numerical approach. Considering the dynamic-characteristics of unsteady viscous flow, an approximate analytical method has been developed for estimating added mass, viscous damping and fluid-stiffness coefficients. For the study of flow-induced vibrations and related instabilities, it is of interest to separate the coefficients from the fluid-dynamic forces. The added-mass and viscous damping coefficients for very narrow annular configurations, as journal bearing. can be approximated by considering the gap ratio to the radius of inner cylinder, while the fluid-stiffness coefficient is related to the Reynolds number, the oscillatory Reynolds number and the gap ratio.
In this study the magneto hydrodynamic (MHD) micro polar fluid flow of a viscous incompressible fluid past a porous medium in the presence of chemical reaction is considered. This work is devoted to investigate the Soret effect and Electromagnetic radiation effect and analyze analytically. In the energy equation the applied magnetic field strength and in the concentration equation the Soret effect are incorporated. The basic PDE (partial differential equations) are reduced to ODE (ordinary differential equations) using non dimensional variables. Then the analytical solution of the dimensionless equations are found using perturbation technique. The features of the fluid flow parameters are analyzed, discussed and explained graphically. The graphical solutions are found using MATLAB R2019b. Skin friction coefficient at the wall, Couple stress coefficient at the plate and the local surface heat flux are also thoroughly examined. Overall, this study sheds light on the complex interplay between physical parameters in the behavior of MHD micro-polar fluid past a porous medium in the presence of chemical reaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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