Flow-field design has much influence over the performance of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) because it affects the pressure magnitude and distribution of the reactant gases. To obtain the pressure magnitude and distribution of reactant gases in four kinds of flow-field designs without additional measurement equipment, computational fluid dynamics (CFD) analysis was performed. After the CFD analysis, the performance values of PEMFC according to the flow-field configurations were measured via a single cell test. As expected, the pressure differences due to different flow-field configurations were related to the PEMFC performance because the actual performance results showed the same tendency as the results of the CFD analysis. A large pressure drop resulted in high PEMFC performance. So, the single serpentine configuration gave the highest performance. On the other hand, the parallel flow-field configuration gave the lowest performance because the pressure difference between inlet and outlet was the lowest.
The objective of the present study is to develop a new device that the viscous characteristics of fluids are determined by applying the unsteady flow concept to the traditional capillary tube viscometer. The capillary tube viscometer consists of a small cylindrical reservoir, capillary tube, a load celt system oat measures the mass flow rate, interfacers, and computer. Due to the small size of the reservoir the height of liquid in the reservoir decreases as soon as the liquid in the reservoir drains out through the capillary and the mass flow rate in the capillary decreases as the hydrostatic pressure in the reservoir decreases resulting in a decrease of the shear rate in the capillary tube. The instantaneous shear rate and. driving force in the capillary tube are determined by measuring the mass flow rate through the capillary, and the fluid viscosity is determined from the measured flow rate and the driving force.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.1-13
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2011
In operating a turbomachine at off-design conditions various instabilities caused by anomalous flow phenomena occur and sometimes lead to the damage of a turbomachine. In order to avoid these phenomena various devices characteristic to each phenomenon have been developed, however they make turbomachines large-sized and cause efficiency drop. The present author has developed a very simple and innovative device, termed "J-groove," of suppressing various anomalous flow phenomena commonly by controlling the angular momentum of the main flow. It has been revealed that J-groove makes an operation of a turbomachine stable in all flow range, causes little efficiency drop, and can be easily applied to an existing machine. Here is reviewed totally the results of suppressing various anomalous flow phenomena in turbomachines.
Cross flow fan system is widely used for various applications, especially for the air-moving device of heaters, air-conditioners, and air-curtains. Although there are efforts for the optimization of cross-flow fan flow path with different methods of approach, it is still being investigated by many researchers through experimentally and/or theoretically, because the flow pattern of the cross flow fan is not stereotyped. This paper presents some results from numerical experiments for the optimization of the flow path through a cross-flow fan to be applied to indoor wall-mounted room heater. Two dimensional analysis has been applied to a specific fan system including inlet and diffuser outlet. Flow characteristics art presented and discussed for two different flow path at three different operating conditions represented by rotational speed(800, 1,000, 1,200 rpm) of the In. According to the simulated results for the specific fan system under consideration, it could be found that the flow pattern resembles each other at different rotational speed (to say from 800 rpm to 1,200 rpm) for a fixed flow path, while the secondary flows mostly absorbs the speed effects. By changing the flow path significant increase in volume flow rate is estimated upto 2.65 at the same rotational speed. According to the present experience, fan flow path design can be performed more efficiently by incorporating this type of numerical experiments combined with the model tests.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.6
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pp.411-417
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2009
The transient shear stress response of an electrorheological fluid is investigated experimentally. The characteristic time constants of an electrorheological fluid sheared between two concentric cylinders were obtained under various electric field strengths and shear rates. Also, two experimental modes are adopted to investigate the effect of the shear flow on the dynamic behavior of the fluid; one is that the electric field is induced before shearing, and the other is the electric field is induced after shearing. From the difference in the response time between two modes, the cluster formation time were obtained. The response times were decreased with the increase of the shear rate, irrelatively of the electric field strength. The cluster formation time were monotonically increased with increase of shear rate, and thereafter, were converged with a certain value.
We study an optimal control problem of the fluid flow governed by the navier-Stokes equations. The control problem is formulated with the flow in the driven cavity. Existence of an optimal solution and first-order optimality condition of the optimal control are derived. We report the numerical results for the finite eleme수 approximations of the optimal solutions.
There has been considerable interest in recent years in field-responsive suspensions, which are of some importance in industry in many different applications. The microstructure of these materials is a significant issue which can be probed by rheological measurements. In this study, measurements were made of a magnetorheological fluid (MRF) under steady and oscillatory shear flow, with and without a magnetic field. Mathematical inversion was used to derive the relaxation time spectrum of the MRF from oscillatory shear data. Experimental evidence is presented of the gel-like properties of this MRF.
For engineers, generating a mesh in porous media (PMs) sometimes represents a smaller computational load than generating realistic stent geometries with computer fluid dynamics (CFD). For this reason, PMs have recently become attractive to mimic flow-diverter stents (FDs), which are used to treat intracranial aneurysms. PMs function by introducing a hydraulic resistance using Darcy's law; therefore, the pressure drop may be computed by test sections parallel and perpendicular to the main flow direction. However, in previous studies, the pressure drop parallel to the flow may have depended on the width of the gap between the stent and the wall of the test section. Furthermore, the influence of parameters such as the test section geometry and the distance over which the pressure drops was not clear. Given these problems, computing the pressure drop parallel to the flow becomes extremely difficult. The aim of the present study is to resolve this lack of information for stent modeling using PM and to compute the pressure drop using several methods to estimate the influence of the relevant parameters. To determine the pressure drop as a function of distance, an FD was placed parallel and perpendicular to the flow in test sections with rectangular geometries. The inclined angle method was employed to extrapolate the flow patterns in the parallel direction. A similar approach was applied with a cylindrical geometry to estimate loss due to pipe friction. Additionally, the pressure drops were computed by using CFD. To determine if the balance of pressure drops (parallel vs perpendicular) affects flow patterns, we calculated the flow patterns for an ideal aneurysm using PMs with various ratios of parallel pressure drop to perpendicular pressure drop. The results show that pressure drop in the parallel direction depends on test section. The PM thickness and the ratio of parallel permeability to perpendicular permeability affect the flow pattern in an ideal aneurysm. Based on the permeability ratio and the flow patterns, the pressure drop in the parallel direction can be determined.
Proceedings of the Korea Association of Crystal Growth Conference
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1996.06a
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pp.179-200
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1996
The intrinsic instabilities of fluid flow occurred in the melt of the Czochralski crystal growth system Czochralski method, asymmetric flow patterns and temperature profiles in the melt have been studied by many researchers. The idea that the non-symmetric structure of the growing equipment is responsible for the asymmetric profiles is usually accepted at the first time. However further researches revealed that some intrinsic instabilities not related to the non-symmetric equipment structure in the melt could also appear. Ristorcelli had pointed out that there are many possible causes of instabilities in the melt. The instabilities appears because of the coupling effects of fluid flow and temperature profiles in the melt. Among the instabilities, the B nard type instabilities with no or low crucible rotation rates are analyzed by the visualizing experiments using X-ray radiography and the 3-D numerical simulation in this study. The velocity profiles in the Silicon melt at different crucible rotation rates were measured using X-ray radiography method using tungsten tracers in the melt. The results showed that there exits two types of fluid flow mode. One is axisymmetric flow, the other is asymmetric flow. In the axisymmetric flow, the trajectory of the tracers show torus pattern. However, more exact measurement of the axisymmetrc case shows that this flow field has small non-axisymmetric components of the velocity. When fluid flow is asymmetric, the tracers show random motion from the fixed view point. On the other hand, when the observer rotates to the same velocity of the crucible, the trajectory of the tracer show a rotating motion, the center of the motion is not same the center of the melt. The temperature of a point in the melt were measured using thermocouples with different rotating rates. Measured temperatures oscillated. Such kind of oscillations are also measured by the other researchers. The behavior of temperature oscillations were quite different between at low rotations and at high rotations. Above experimental results means that the fluid flow and temperature profiles in the melt is not symmetric, and then the mode of the asymmetric is changed when rotation rates are changed. To compare with these experimental results, the fluid flow and temperature profiles at no rotation and 8 rpm of crucible rotation rates on the same size of crucible is calculated using a 3-dimensional numerical simulation. A finite different method is adopted for this simulation. 50×30×30 grids are used. The numerical simulation also showed that the velocity and flow profiles are changed when rotation rates change. Futhermore, the flow patterns and temperature profiles of both cases are not axisymmetric even though axisymmetric boundary conditions are used. Several cells appear at no rotation. The cells are formed by the unstable vertical temperature profiles (upper region is colder than lower part) beneath the free surface of the melt. When the temperature profile is combined with density difference (Rayleigh-B nard instability) or surface tension difference (Marangoni-B nard instability) on temperature, cell structures are naturally formed. Both sources of instabilities are coupled to the cell structures in the melt of the Czochralski process. With high rotation rates, the shape of the fluid field is changed to another type of asymmetric profile. Because of the velocity profile, isothermal lines on the plane vertical to the centerline change to elliptic. When the velocity profiles are plotted at the rotating view point, two vortices appear at the both sides of centerline. These vortices seem to be the main reason of the tracer behavior shown in the asymmetric velocity experiment. This profile is quite similar to the profiles created by the baroclinic instability on the rotating annulus. The temperature profiles obtained from the numerical calculations and Fourier transforms of it are quite similar to the results of the experiment. bove esults intend that at least two types of intrinsic instabilities can occur in the melt of Czochralski growing systems. Because the instabilities cause temperature fluctuations in the melt and near the crystal-melt interface, some defects may be generated by them. When the crucible size becomes large, the intensity of the instabilities should increase. Therefore, to produce large single crystals with good quality, the behavior of the intrinsic instabilities in the melt as well as the effects of the instabilities on the defects in the ingot should be studied. As one of the cause of the defects in the large diameter Silicon single crystal grown by the
Kim, Seo Jin;Sun, Kyung Hoon;Park, Yong Jin;Kim, Sun Pyo
Journal of Trauma and Injury
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v.27
no.2
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pp.20-24
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2014
Purpose: The temperature of a warm fluid infused into a patient is lowered because the line that allows the fluid to be infused into the patient is exposed to room air. This study evaluated the effects of aluminum foil used as an insulator surrounding the fluid infusion lines when using warm crystalloid fluids to treat traumatic shock patients. Methods: The study measured the differences in fluid temperature between infusion lines with and without the aluminum-foil insulation. We used 1L of normal saline at $40^{\circ}C$ as the infusion fluid, and the fluid infusion line was 200 cm long. The differences in temperature were measured for various fluid flow rates from 12,000 mL/min to 100 mL/min. We performed three experiments at each flow rate. Results: The results showed the differences in temperature between the groups with and without the aluminum insulation were significant for flow rates above 100 mL/min. Conclusion: Hypothermia in trauma patients results in many adverse complications such as peripheral vascular constriction, tissue hypoxia, metabolic acidosis, heart dysfunction and so on. Thus, the use of warm fluids and blood components is essential to reduce the probability of hypothermia. This study showed the aluminum foil wrapped around the infusion line had an insulator effect. As a result, such a wrapping can be used to avoid the adverse effects of hypothermia.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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