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.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.7
no.4
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pp.539-544
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2009
An estimation of 3D velocity field including occluded parts without maxing tracer to the fluid had not only never been proposed but also impossible by the conventional computer vision algorithm. In this paper, we propose a new method of three dimensional optical flow of the fluid based on physical model, where some boundary conditions are given from a priori knowledge of the flow configuration. Optical flow is obtained by minimizing the mean square errors of a basic constraint and the matching error terms with visual data using Euler equations. Here, Navier-Stokes motion equations and the differences between occluded data and observable data are employed as the basic constrains. we verify the effectiveness of our proposed method by applying our algorithm to simulated data with partly artificially deleted and recovering the lacking data. Next, applying our method to the fluid of observable surface data and the knowledge of boundary conditions, we demonstrate that 3D optical flow are obtained by proposed algorithm.
A finite volume method (FVM) base on the SIMPLE algorithm as the pressure correction strategy and the traditional staggered mesh is used to investigate steady, fully developed flow of Oldroyd-3-constant fluids through a duct with square cross-section. Both effects of the two viscoelastic material parameters, We and ${\mu}$, on pattern and strength of the secondary flow are investigated. An amusing sixteen vortices pattern of the secondary flow, which has never been reported, is shown in the present work. The reason for the changes of the pattern and strength of the secondary flow is discussed carefully. We found that it is variation of second normal stress difference that causes the changes of the pattern and strength of the secondary flow.
In the present study, flow visualizations, hot-wire velocity measurements and computational fluid dynamics were performed in order to determine complicated air flow characteristics in a neonate incubator. In this study, following conclusions can be made: (1) The flow visualization technique developed in the present study revealed an enough qualitative information for the flow field in the neonate incubator. Flow structures in a neonate incubator with a realistic three-dimensional shape was successfully visualized the present study. (2) Results from the flow visualization were relatively in good agreements with those obtained from the computational fluid dynamics. (3) Velocities very near the neonate measured by the hot-wire anemometer were relevant to those obtained from the computational fluid dynamics. (4) Temperatures were higher at the neck region and the medial aspect of both thighs, but lower in both extremities. (5) Small vortices between the neonate and the mattress might interfere with convective and evaporative heat transfers on the neonate's surface. In the fluid dynamic aspect, it is important to eliminate the formation of these small vortices for the design of incubator chamber.
This paper reports the fluid flow and heat transfer around a module cooled by forced air flow generated by a piezoelectric(PZT) cooling fan. A flexible PZT fan with distortion in a fluid transport system of comparatively simple structure which was mounted on a PCB in a parallel-plate channel($450{\times}80{\times}700mm^3$) accelerates surrounding fluid locally. Input voltages of 20-100V and a resonance frequency of 23Hz were used to vibrate the cooling fan. Input power to the module was 4W. The cooling effect using a PZT fan was larger than that of free convection. Fluid flow around the module were visualized by using PIV system. The temperature distribution around heated module were visualized by using liquid crystal film(LCF). We found that the flow type was y-shaped and the cooling effect was increased by the wake generated by a piezoelectric cooling fan.
Fluid jet polishing is a method of jetting a fluid to polish a concave or free-form surface. However, the fluid jet method is difficult to form a stable polishing spot because of the lack of concentration. In order to solve this problem, MR fluid jet polishing system using an abrasive mixed with an MR fluid whose viscosity changes according to the intensity of a magnetic field is under study. MR fluid jet polishing is not easy to formulate for precise optimal conditions and material removal due to numerous fluid compositions and process conditions. Therefore, in this paper, quantitative data on the factors that have significant influence on the machining conditions are presented using various simulations and the correlation studies are conducted. In order to verify applicability of the fabricated MR fluid jet polishing system by nozzle diameter, the flow pattern and velocity distribution of MR fluid and polishing slurry of MR fluid jet polishing were analyzed by flow analysis and shear stress due to magnetic field changes was analyzed. The MR fluid of the MR fluid jet polishing and the flow pattern and velocity distribution of the polishing slurry were analyzed according to the nozzle diameter and the effects of nozzle diameter on the polishing effect were discussed. The analysis showed that the maximum shear stress was 0.45 mm at the diameter of 0.5 mm, 0.73 mm at 1.0 mm, and 1.24 mm at 1.5 mm. The cross-sectional shape is symmetrical and smooth W-shape is generated, which is consistent with typical fluid spray polishing result. Therefore, it was confirmed that the high-quality surface polishing process can be stably performed using the developed system.
Fluid-elastic instability in an air-water two-phase cross-flow has been experimentally investigated using two different arrays of straight tube bundles: normal square (NS) array and rotated square (RS) array tube bundles with the same pitch-to-diameter ratio of 1.633. Experiments have been performed over wide ranges of mass flux and void fraction. The quantitative tube vibration displacement was measured using a pair of strain gages and the detailed orbit of the tube motion was analyzed from high-speed video recordings. The present study provides the flow pattern, detailed tube vibration response, damping ratio, hydrodynamic mass, and the fluid-elastic instability for each tube bundle. Tube vibration characteristics of the RS array tube bundle in the two-phase flow condition were quite different from those of the NS array tube bundle with respect to the vortex shedding induced vibration and the shape of the oval orbit of the tube motion at the fluid-elastic instability as well as the fluid-elastic instability constant.
To determine the factors which affect the flow of dentinal fluid through cat dentinal tubules in vivo, the flow of fluid was measured by observing the movement of the fat droplets of dilute milk in a glass capillary with a microscope connected to the monitor. After measuring the exposed area of dentin, hydraulic conductances of dentin were calculated. The mean pressure which stoped the outward flow of dentinal fluid was 9.5mmHg. The hydraulic conductance of dentin under the condition of pulp exposed was increased by 21 % from that under the condition of dentin exposed. Under the conditions of pulp cut and pulp removed, the hydraulic conductances of dentin were increased by 22 % and 31 % respectively from that under the condition of dentin exposed. These results show that the direction and rate of dentinal fluid flow in cat dentin is affected mainly by the hydrostatic pressure of interstitial fluid of pulp tissue in the state of low compliance. Both of the osmotic effect produced by the protein constituents of interstitial fluid across the odontoblast tell layer and the change of interstitial fluid pressure produced by the state of the microcirculation of the pulp also affect the direction and rate of dentinal fluid in some degree.
Recently, the next-generation advanced flow visualization techniques such as holographic PIV, dynamic PIV, echo-PIV, micro/nano-PIV, and X-ray PIV have been introduced. These advanced measurement techniques have a big potential as the core technology for analyzing outmost thermo-fluid flows in future. These would be indispensable in solving complicated thermo-fluid flow problems not only in the industrial fields such as automotive, space, electronics, aero- and hydro-dynamics, steel, and information engineering, but also in the research fields of medical science, bio-medical engineering, environmental and energy engineering etc. Especially, NT (Nano Technology) and BT (Bio Technology) strongly demand these advanced measurement techniques, because it is impossible for conventional measurement methods to observe most complicated nano- and bio-fluidic phenomena. In this presentation, the basic principle of these high-tech flow visualization techniques and their practical applications which cannot be resolved by conventional methods, such as blood flows in a micro-tube, in vivo analysis of micro-circulation, and flow around a living body will be introduced as a blue ocean strategy.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.14
no.5
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pp.49-54
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2005
An experimental Investigation was performed to study the characteristics of Electro-Rheological fluid flow in a horizontal rectangular tube with or without D.C electric field control. First, the microscopic behavior of the ER suspension structure between rectangular tube brass electrodes for the stationary ER nut(i and flow of the ER fluid was investigated by flow visualization. The flow of the ER fluid between fluid rectangular tube was solved experimental using the constitutive equation for a Bingham fluid. ER fluid is made silicon oil mixed with $0.2wt\%$ starch having hydrous particles. Velocity distributions of the ER fluids were obtained by particle image velocimetry measuring those of the clusters using an image processing technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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