Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.9
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pp.605-613
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2017
Recently, efficient heat dissipation has become necessary because of the miniaturization of devices, and research on boiling on micro-channels has attracted attention. However, in the case of micro-channels, the friction coefficient and heat transfer characteristics are different from those in macro-channels. This leads to large errors in the micro scale results, when compared to correlations derived from the macro scale. In addition, due to the complexity of the mechanism, the boiling phenomenon in micro-channels cannot be approached only by experimental and theoretical methods. Therefore, numerical methods should be utilized as well, to supplement these methods. However, most numerical studies have been conducted on macro-channels. In this study, we applied the lattice Boltzmann method, proposed as an alternative numerical tool to simulate the boiling phenomenon in the micro-channel, and predicted the bubble growth process in the channel.
Park, Jae-Yong;Kim, Sang-Rak;Yoo, Jin-Sik;Lim, Min-Gyu;Kim, Young-Dae;Han, Seog-Young;Maeng, Joo-Seung
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.5
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pp.95-100
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2008
An active micro-mixer, which is composed of an oscillating micro-stirrer in the micro-channel to provide effective mixing was optimized. The effects of molecular diffusion and disturbance by the stirrer were considered with regard to two types of mixer models: the simple straight micro-channel and micro-channel with an oscillating stirrer. Two types of mixer models were studied by analyzing mixing behaviors such as their interaction after the stirrer. The mixing was calculated by Lattice Boltzmann methods using the D2Q9 model. In this study, the time-averaged mixing index formula was used to estimate the mixing performance of time-dependent flow. The mixing indices of the two models were compared. From the results, it was found that the mixer with an oscillating stirrer was much more enhanced and stabilized. Therefore, an approximate optimization of an active micro-mixer with an oscillating stirrer was performed using Kriging method with OLHD(Optimal Latin Hypercube Design) in order to determine the optimal design variables. The design parameters were established as the frequency, the length and the angle of the stirrer. The optimal values were obtained as 1.0346, 0.66D and $\pm45^{\circ}$, respectively. It was found that the mixing index of the optimal design increased by 88.72% compared with that of the original design.
Kim, Sang-Sun;Son, Sung-Wan;Ha, Man-Yeong;Yoon, Hyun-Sik;Kim, Hyung-Rak
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.12
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pp.843-851
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2011
A two-dimensional immiscible water meniscus deformation phenomena on a moving tip in a channel has been investigated by using lattice Boltzmann method involving two-phase model. We studied the behavior of a water meniscus between the tip and a solid surface. The contact angles of the tip and a solid surface considered are in the range from $10^{\circ}$ to $170^{\circ}$. The velocity of the tip used in the study are 0.01, 0.001, and 0.0001. The shapes of tip considered are rectangular and circular. The behavior of water confined between the tip and a solid surface depends on the contact angles of the tip and a solid surface, and the tip velocity. When the tip is moving, we can observe the various behaviors of shear deformation of a water meniscus. As time goes on, the behavior of a water meniscus can be classified into three different patterns which are separated from the tip or adhered to the tip or sticked to a solid surface according to the contact angles and the tip velocity.
In order to develop better method to enhance and control the flow and heat transfer inside the radiator of electronic device, the synergistic effect of MHD nanofluids and porous medium on the flow and heat transfer in rectangular opened channel is simulated using Lattice Boltzmann method. Three nanofluids of CuO-water, Al2O3-water and Fe3O4-water are studied to analyze the influence of the type of nanofluid on the synergistic effect. The simulation results show that the porous medium can increase the flow velocity in fluid zone adjacent to the porous medium and enhance the heat transfer on the surface of the channel. Under no magnetic field, when the porosity of porous medium is 0.8, the Nusselt number is 4.46% higher than when the porosity is 0.9. Al2O3-water has the best heat transfer effect among the three nanofluids. At Ф=0.06, Ha=100, θ=90°, ε=0.9, Nu of Al2O3-water is 6.51% larger than that of CuO-water and 5.05% larger than that of Fe3O4-water. Magnetic field enhances seepage in porous medium and inhibits heat transfer in the bottom wall. When Ha=30 and 60, the inhibiting effect is the most significant as the magnetic field angle is 90°. And when Ha=100, the inhibiting effect is the most significant as the magnetic field angle is 120°.
Since the most of the existing non-Newtonian models are not adequate to apply to the lattmce Boltzmann method, it is a challenging task from both the theoretical and the numerical points of view. In this research the hydro-kinetic model was modified and applied to the 3-D moving sphere in the circular channel flow and the characteristics of the shear thinning effect by the HK-model was evaluated and the condition of ${\Gamma}$ in the model was suggested for the stable simulation to generate non-trivial prediction in three dimension strong shear flows. On the wall boundaries of circular channel the curved wall surface treatment with constant velocity condition was applied and the bounceback condition was applied on the sphere wall to simulate the relative motion of the sphere. The condition is adequate at the less blockage than 0.7 but It may need to apply a multi-scale concept of grid refinement at the narrow flow region. to obtain the stable numerical results.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2010.10a
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pp.308-308
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2010
본 논문에서는 판토그라프의 공력소음 발생 특성을 규명하기 위하여 단순 모델을 이용하여 그 특성을 분석하였다. 단순 모델은 실제 팬헤드의 사이즈를 고려하여 선정하였고, 이를 통해 음압 해석 알고리즘을 구축하고 소음 발생 메커니즘을 분석하였다. 단순 모델을 선정하여 이를 Lattice Boltzmann Method 를 기반으로 한 전산 유체 해석을 통한 결과를 이용하여 음압 레벨과 음압의 방사형태를 계산하고, 풍동 실험을 통해 이를 검증한다. 풍동 실험에서는 단순 모델을 제작하여 100 km/h 의 속도 환경에서 항력, 양력과 소음을 측정하였다. 단면의 형상에 따른 변화 추이를 검토하였으며 해석결과를 단일 수치로도 정량화하여 제시한다. 최종적으로 정립된 알고리즘을 기반으로 팬헤드의 3 차원 모델을 시뮬레이션 한 결과를 제시한다.
Physics based fluid animation schemes need large computation cost due to tremendous degree of freedom. Many researchers tried to reduce the cost for solving the large linear system that is involved in grid-based schemes. GPU based algorithms and advanced numerical analysis methods are used to efficiently solve the system. Other groups studied local operation methods such as SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) and LBM (Lattice Boltzmann Method) for enhancing the efficiency. Our method investigates this efficiency problem thoroughly, and suggests novel paradigm in fluid animation field. Rather than physics based simulation, we propose a robust boundary handling technique for procedural fluid animation. Our method can be applied to arbitrary shaped objects and potential fields. Since only local operations are involved in our method, parallel computing can be easily implemented.
Kang Ho-Keun;Tsutaharai Michihisa;Kim Jeong-Hwan;LEE Young-Ho
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2001.05a
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pp.85-92
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2001
중력이 작용하는 압축성유체를 고려함에 있어, 밀도성층 뿐만 아니라 엔트로피 성층의 고려도 중요하다. 본 연구에서 압축성격자볼츠만 유체모델을 이용한 차분계산법을 이용하여 2차원 채널에서 성층류의 전형적인 형상인 선택취수현상을 시뮬레이션 하였으며, 본 모델의 유효성을 확인하였다. 또한 비점성, 비압축성유체의 선택취수흐름과의 차이에 관해서 압축성의 관점에서 고찰하였다.
An, Sang-Joon;Kim, Young-Dae;Maeng, Joo-Sung;Han, Cheol-Heui
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05a
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pp.415-420
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2007
Creatures in nature flap their wings to generate fluid dynamic forces that are required for the locomotion. Small-size creatures do not use flapping wings. Thus, it is questionable at which Reynolds number the propulsion using the flapping wings are effective. In this paper, the onset conditions of the thrust generation from the combined motion of flat plates (heaving, pitching in the motion and also tandem, biplane in the array) is investigated using a Lattice Boltzmann method. To solve the pitching motion of the plate on the regularly spaced lattices, 2-D moving boundary condition was implemented. The present method is validated by comparing the wake patterns behind a oscillating circular cylinder and its hydrodynamic characteristics with the CFD results. Present method can be applied to the design of micro flapping propulsors for biomedical use.
Effective mixing is an important problem in microfluidics for chemical and biomechanical applications. In this study, the influences of the Reynolds number and the oscillating frequency on mixing characteristics of micro-stirrer are studied in a microchannel with single stirrer. The influence of fluid inertial effects in an active mixer is first discussed. It is found that the stirring effects by stirrer oscillation are promptly attenuated at low Reynolds number, which makes greatly difficult the rapid mixing. As the inertial effects are increased, the chaotic advection is generated and then developed. The mixing phase is finally developed some mushroom shaped structure. And the mixing efficiency is also studied as a function of the oscillating frequency. We found that the mixing efficiency does not always increase with higher oscillating frequency of stirrer. Consequently, we found the functional relation between the optimal frequency of a stirrer and the Reynolds number.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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