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
In this paper, Gauss filter function is used to filter the N-S equation and the subgrid-scale Reynold stresses model is introduced to deduce the practical form of LES equation for 2-D case for flow calculation of hydraulic machine. Then the LES equation and its discrete form in computational field are obtained in the body-fitted coordinate system and the numerical calculation program is built. The incompressible turbulent flow in double-flow-conduits-sewage pump impeller is computed by using the abovementioned program, and then the distribution rules of velocity and pressure in flow field are obtained. Based on this, the designs of double-flow-conduits-sewage pump impeller are optimized.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.7
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pp.769-778
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2005
The velocity and pressure fields of a ship's Weis-Fogh type propulsion mechanism are studied in this paper using an advanced vortex method. The wing (NACA0010 airfoil) and channel are approximated by source and vortex panels. and free vortices are introduced away from the body surfaces. The viscous diffusion of fluid is represented using the core-spreading model to the discrete vortices. The velocity is calculated on the basis of the generalized Biot-Savart law and the pressure field is calculated from an integral, based on the instantaneous velocity and vorticity distributions in the flow field. Two-dimensional unsteady viscous flow calculations of this propulsion mechanism are shown. and the calculated results agree qualitatively with the measured thrust and drag due to un-modeled large fluctuations in the measured data.
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.
Characteristics of the pulsatile flow in a 3-dimensional elastic blood vessel are investigated to understand the blood flow phenomena in the human body arteries. In this study, a model for the elastic blood vessel is proposed. The finite volume prediction is used to analyse the pulsatile flow in the elastic blood vessel. Variations of the pressure, velocity and wall shear stress of the pulsatile flow in the elastic blood vessel are obtained. The magnitudes of the velocity waveforms in the elastic blood vessel model are larger than those in the rigid blood vessel model. The wall shear stresses on the elastic vessel vary with the blood vessel motions. Amplitude indices of the wall shear stress for blood in the elastic blood vessel are $4\sim5$ times larger than those of the Newtonian fluid. As the phase angle increased, point of the phase angle is are moved forward and the wall shear stresses are increased for blood and the Newtonian fluid.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.1
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pp.57-70
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2012
This article presents a numerical investigation concerning the effect of two kinds of axially progressing internal flows (namely, upward and downward) on fluid.structure interaction (FSI) dynamics about a marine riser model which is subject to external shear current. The CAE technology behind the current research is a proposed FSI solution, which combines structural analysis software with CFD technology together. Efficiency validation for the CFD software was carried out first. It has been proved that the result from numerical simulations agrees well with the observation from relating model test cases in which the fluidity of internal flow is ignorable. After verifying the numerical code accuracy, simulations are conducted to study the vibration response that attributes to the internal progressive flow. It is found that the existence of internal flow does play an important role in determining the vibration mode (/dominant frequency) and the magnitude of instantaneous vibration amplitude. Since asymmetric curvature along the riser span emerges in the case of external shear current, the centrifugal and Coriolis accelerations owing to up- and downward internal progressive flows play different roles in determining the fluid.structure interaction response. The discrepancy between them becomes distinct, when the velocity ratio of internal flow against external shear current is relatively high.
Flow field downstream of an inducer was measured to see the flow and performance characteristics of a turbopump inducer. A large axisymmetric collector instead of a volute casing was installed to obtain circumferentially uniform flow - without interaction of the inducer and the volute. A conventional 3-hole probe was used to measure the flow. At inducer exit, axial component of absolute velocity decreased on hub region with decrease in flow rate. Tangential velocity component, static pressure, and total pressure increased from hub to tip. Relative flow angle from tangential direction was a little higher than outlet blade angle at flow coefficient ${\phi}=0.087$ and 0.073. Dynamic pressure was $53\%$ of the mean total pressure at inducer exit at ${\phi}=0.073$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.11
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pp.1585-1596
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2002
The objectives of the present study are to numerically and experimentally investigate the steady and pulsatile flow phenomena in the circular tubes, to quantitatively compare the flow characteristics of Newtonian and non-Newtonian fluids, and to find meaningful hemodynamic information through the flow analysis in the human blood vessels. The particle image velocimetry is adopted to visualize the flow fields in the circular tube. and the results from the particle image velocimetry are used to validate the results of the numerical analysis. In order to investigate the blood flow phenomena in the circular tube. constitutive equations, which are suitable to describe the rheological properties of the non-Newtonian fluids. are determined, and the steady and pulsatile momentum equations are solved by the finite volume prediction. The velocity vectors of the steady and pulsatile flow in the circular tube obtained by the particle image velocimetry arc in good agreement with those by the numerical analysis. For the given mass flow rate. the axial velocity profiles of the Newtonian and the non-Newtonian fluids appear differently. The pulsatile flow phenomena of the Newtonian and the non-Newtonian fluids are quite different from those of the steady flow.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.1185-1190
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2007
In this paper the vibration system is consisted of a rotating cantilever pipe conveying fluid. The equation of motion is derived by using the Lagrange's equation. Also, the equation of motion is derived applying a modeling method that employs hybrid deformation variables. Generally, the system of pipe conveying fluid becomes unstable by flutter. So, we studied about the influences of the rotating angular velocity, mass ratio and the velocity of fluid flow on the stability of a cantilever pipe by the numerical method. The influences of mass ratio, the velocity of fluid, the angular velocity of a cantilever pipe and the coupling of these factors on the stability of a cantilever pipe are analytically clarified. The critical fluid velocity$(u_{cr})$ is proportional to the angular velocity of the cantilever pipe. In this paper Flutter(instability) always occur in the second mode of the system.
Three component velocity measurements with a refractive index-matching technique was used to investigate the flow characteristics in the atrio-pulmomnary (AP) Fontan connection under the steady flow condition. A strong swirl was observed in the extra-cardiac conduit and the main pulmonary artery (MPA). Maximum velocity magnitude in the MPA was about 0.8 m/s near the posterior wall at 6 liter/min. Swirling motion of the flow as well as geometric abnormalities of the connection are important factors in energy loss across Fontan connections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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