Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.2
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pp.132-140
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2002
A simply supported pipe conveying fluid and the moving masses upon it constitute this vibrational system. The equation of motion is derived by using Lagrange's equation. The influence of the velocity and the inertia force of the moving masses and the velocities of fluid flow in the pipe have been studied on the dynamic behavior of a simply supported pipw by numerical method. The velocities of fluid flow are considered within its critical values of the simply supported pipe without the moving masses upon it. Their coupling effects on the transverse vibration of a simply supported pipe are inspected too. The dynamic deflection of the simply supported pipe conveying fluid is increased by a coupling of the moving masses and the velocities of the moving masses and the fluid flow. When four or five regular interval masses move on the simply supported pipe conveying fluid, the amplitude of the simply supported pipe conveying fluid is small at low velocity of the masses, but at high velocity of the masses the deflection of midspan of the pipe is increased by coupling with the numbers and magnitude of the masses. The time which produce the maximum dynamic deflection of the simply supported pipe is delayed according to the increment of the number of moving masses.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.2
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pp.102-112
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2010
Artificial heart pumps have attracted the attention of researchers around the world as an alternative to the organ used in cardiac transplantation. Conventional centrifugal pumps are no longer considered suitable for long-term application because of the possibility of occurrence of blood leakage and thrombus formation around the shaft seal. To overcome this problem posed by the shaft seal in conventional centrifugal pumps, the magnetically suspended centrifugal pump has been developed; this is a sealless rotor pump, which can provide contact-free rotation of the impeller without leading to material wear. In Europe, clinical trials of this pump have been successfully performed, and these pumps are commercially available. One of the aims of our study is to numerically examine the internal flow and the effect of leakage flow through the gap between the impeller and the pump casing on the performance of the pump. The results show that the pressure head increases compared with the pump without a gap for all flow rates because of the leakage of the fluid through the gap. It was observed that the leakage flow rate in the pump is sufficiently large; further, no stagnant fluid or dead flow regions were observed in the pump. Therefore, the present pump can efficiently enhance the washout effect.
In the present study, we propose a virtual boundary method for simulation of massive inextensible flexible strings immersed in viscous fluid flow. The fluid motion is governed by the Navier-Stokes equations and a momentum forcing is added in order to bring the fluid to move at the same velocity with the immersed surface. A massive inextensible flexible string model is described by another set of equations with an additional momentum forcing which is a result of the fluid viscosity and the pressure difference across the string. The momentum forcing is calculated by a feedback loop. Simulations of several numerical examples are carried out, inlcuding a hanging string which starts moving under gravity without ambient fluid, a string swimming within a uniform flow and a uniform flow over two side-by side strings. The numerical results agree well with the theoretical analysis and previous experimental observations. Preliminary results of a swimming elongated fishlike body will also be presented.
We present a finite difference solution for electrokinetic flow in rectangular microchannels encompassing Navier's fluid slip phenomena. The externally applied body force originated from between the nonlinear Poisson-Boltzmann field around the channel wall and the flow-induced electric field is employed in the equation of motion. The basic principle of net current conservation is applied in the ion transport. The effects of the slip length and the long-range repulsion upon the velocity profile are examined in conjunction with the friction factor. It is evident that the fluid slip counteracts the effect by the electric double layer and induces a larger flow rate. Particle streak imaging by fluorescent microscope and the data processing method developed ourselves are applied to straight channel designed to allow for flow visualization of dilute latex colloids underlying the condition of simple fluid. The reliability of the velocity profile determined by the flow imaging is justified by comparing with the finite difference solution. We recognized the behavior of fluid slip in velocity profiles at the hydrophobic surface of polydimethylsiloxane wall, from which the slip length was evaluated for different conditions.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.1
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pp.20-30
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2023
In this paper, the Energy Flow Finite Element Analysis (EFFEA) was performed to predict the acoustic and vibrational responses of complicated plate structures considering improved Fluid-Structure Interaction (FSI). For this, a new power transfer relationship was derived at the area junction where two different fluids are in contact on both sides of the plate. In order to increase the reliability of EFFEA of complicated plate structures immersed in a high-density fluid, the corrected flexural wavenumber and group velocity considering fluid-loading effect were derived. As the specific acoustic impedance of the fluid in contact with the plate increases, the flexural wavenumber of the plate increases. As a result, the flexural group velocity is reduced, and the spatial damping effect of the flexural energy density is increased. Additionally, for the EFFEA of arbitary-shaped built-up structures, the energy flow finite element formulation for the acoustic tetrahedral element was newly performed. Finally, for validation of the derived theory and developed software, numerical applications of complicated plate structures submerged in seawater or air were successfully performed.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2003.11a
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pp.229-234
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2003
As electrorheological fluid(ER fluid) has a characteristic that apparent viscosity varies when electric field applied, so rheological characteristic(yield stress & viscosity) changes in proportion to the electric field applied and the response time is very short within a few miliseconds . In case of using ER fluid for journal bearing as lubricant, it is estimated that it's possible to realize very effective journal bearing system that is not complicate and has a very quick response time. It is necessary to examine the influence of rheological characteristic that varies with electric field applied on bearing characteristic to apply ER fluid to journal bearing, however there are few studies for about that. As for the journal bearing, it comes under high shear flow mode that has shear rate range of $10^3\~10^4s^{-1}$ because rotational speed is very high and clearance is small. But most of the studies for about ER fluid issued until now is about the range of $10\~10^2s^{-1}$. So, there are a lot of difficulties to understand the characteristic offish shear flow mode and furthermore it is restricted to make an experiment for about the characteristic of ER fluid because of the limitation of experimental equipment. The equipment was prepared to make an experiment lot high shear flow mode that has the range of $10^3\~10^4s^{-1}$ using ER fluid that is composed of silicon oil with dispersed particle of starch. Using the above system, the fluid characteristic of ER fluid was studied.
Bileaflet mechanical valves have the complications such as hemolysis and thromboembolism, leaflet damage, and leaflet break. These complications are related with the fluid velocity and shear stress characteristics of mechanical heart valves. The first aim of the current study is to introduce fluid-structure interaction method for calculation of unsteady and three-dimensional blood flow through bileaflet valve and leaflet behavior interacted with its flow, and to overcome the shortness of the previous studies, where the leaflet motion has been ignored or simplified, by using FSI method. A finite volume computational fluid dynamics code and a finite element structure dynamics code have been used concurrently to solve the flow and structure equations, respectively, to investigate the interaction between the blood flow and leaflet. As a result, it is observed that the leaflet is closing very slowly at the first stage of processing but it goes too fast at the last stage. And the results noted that the low pressure is formed behind leaflet to make the cavitation because of closing velocity three times faster than opening velocity. Also it is observed some fluttering phenomenon when the leaflet is completely opened. And the rebounce phenomenon due to the sudden pressure change of before and after the leaflet just before closing completely. The some of time-delay is presented between the inversion point of ventricle and aorta pressure and closing point of leaflet. The shear stress is bigger and the time of exposure is longer when the flow rate is maximum. So it is concluded that the distribution of shear stress at complete opening stage has big effect on the blood damage, and that the low-pressure region appeared behind leaflet at complete closing stage has also effect on the blood damage.
Electro-Rheological (ER) fluid is a class of functional fluid whose apparent viscosity can be varied by the applied electric field strength. The ER fluid is classified into two types; one is a dispersive fluid and the other is a homogeneous. Dispersive ER fluid is a colloidal suspension of fine semiconducting particles in a dielectric liquid and liquid crystal (LC) is classed as homogeneous type ER fluid. LC has been originally developed for some electronic display devices. Various mechanical components applying ER fluid have been developed, and the their performance typically depends on the characteristics of ER fluid which have generally been evaluated by a rotational viscometer. However, the ER fluid introduced into various mechanical components undergoes not only simple shear flow but press flow or oscillating flow. For the evaluation of ER fluid, the authors developed an reciprocating type viscometer. The amplitude is controlled on 5 mm at the frequency from 50 to 1000 Hz. In the present paper, the performance of several types of ER fluid is evaluated by the reciprocating type viscometer and compared with those evaluated by a rotational viscometer.
Shitsi, Edward;Debrah, Seth Kofi;Chabi, Silas;Arthur, Emmanuel Maurice;Baidoo, Isaac Kwasi
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.3
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pp.842-848
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2022
Parametric studies of heat transfer and fluid flow are very important research of interest because the design and operation of fluid flow and heat transfer systems are guided by these parametric studies. The safety of the system operation and system optimization can be determined by decreasing or increasing particular fluid flow and heat transfer parameter while keeping other parameters constant. The parameters that can be varied in order to determine safe and optimized system include system pressure, mass flow rate, heat flux and coolant inlet temperature among other parameters. The fluid flow and heat transfer systems can also be enhanced by the presence of or without the presence of particular effects including gravity effect among others. The advanced Generation IV reactors to be deployed for large electricity production, have proven to be more thermally efficient (approximately 45% thermal efficiency) than the current light water reactors with a thermal efficiency of approximately 33 ℃. SCWR is one of the Generation IV reactors intended for electricity generation. High Performance Light Water Reactor (HPLWR) is a SCWR type which is under consideration in this study. One-eighth of a proposed fuel assembly design for HPLWR consisting of 7 fuel/rod bundles with 9 coolant sub-channels was the geometry considered in this study to examine the effects of system pressure and mass flow rate on wall and fluid temperatures. Gravity effect on wall and fluid temperatures were also examined on this one-eighth fuel assembly geometry. Computational Fluid Dynamics (CFD) code, STAR-CCM+, was used to obtain the results of the numerical simulations. Based on the parametric analysis carried out, sub-channel 4 performed better in terms of heat transfer because temperatures predicted in sub-channel 9 (corner subchannel) were higher than the ones obtained in sub-channel 4 (central sub-channel). The influence of system mass flow rate, pressure and gravity seem similar in both sub-channels 4 and 9 with temperature distributions higher in sub-channel 9 than in sub-channel 4. In most of the cases considered, temperature distributions (for both fluid and wall) obtained at 25 MPa are higher than those obtained at 23 MPa, temperature distributions obtained at 601.2 kg/h are higher than those obtained at 561.2 kg/h, and temperature distributions obtained without gravity effect are higher than those obtained with gravity effect. The results show that effects of system pressure, mass flowrate and gravity on fluid flow and heat transfer are significant and therefore parametric studies need to be performed to determine safe and optimum operating conditions of fluid flow and heat transfer systems.
The two-phase flow patterns for both non-loop and loop type oscillating capillary tube heat pipes (OCHPs) were presented in this study. The detailed flow patterns were recorded by a high-speed digital camera for each experimental condition to understand exactly the operation mechanism of the OCHP. The design and operation conditions of the OCHP such as turn number, working fluid, and heat flux were varied. The experimental results showed that the representative flow pattern in the evaporating section of the OCHP was the oscillation of liquid slugs and vapor plugs based on the generation and growth of bubbles by nucleate boiling. As the oscillation of liquid slugs and vapor plugs was very speedy, the flow pattern changed from the capillary slug flow to a pseudo slug flow near the annular flow. The flow of short vapor-liquid slug-train units was the flow pattern in the adiabatic section. In the condensing section, it was the oscillation of liquid slugs and vapor plugs and the circulation of working fluid. The oscillation flow in the loop type OCHP was more active than that in the non-loop type OCHP due to the circulation of working fluid in the OCHP. When the turn number of the OCHP was increased, the oscillation and circulation of working fluid was more active as well as forming the oscillation wave of long liquid slugs and vapor plugs in the OCHP. The oscillation flow of R-142b as the working fluid was more active than that of ethanol and the high efficiency of the heat transfer performance of R -142b was achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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