In this study, we consider the characteristics of channel flow in the presence of an infinite streamwise array of equispaced identical rotating circular cylinders. This flow configuration can be regarded as a model representing a micro channel or an internal heat exchanger with cylindrical vortex generators. A numerical parametric study has been carried out by varying Reynolds number based on the bulk mean velocity and the cylinder diameter, and the gap between the cylinders and the channel wall for some selected angular speeds. An immersed boundary method was employed to facilitate implementing the cylinders on a Cartesian grid system. No-slip condition is employed at all solid boundaries including the cylinders, and the flow is assumed to be periodic in the streamwise direction. The presence of the rotating circular cylinders arranged periodically in the streamwise direction causes a significant topological change of the flow, leading to increase of mean friction on the channel walls. More quantitative results as well as qualitative physical explanations are presented to justify the effectiveness of rotating cylinders to modify flow topology, which might be used to enhance heat transfer on the channel walls.
Increase of blood viscosity significantly changes the flow resistance and wall shear stress which are related with cardiovascular diseases. For measurement of blood viscosity, microfluidic method has proposed by monitoring pressure between sample and reference flows in the downstream of a microchannel with two inlets. However, it is difficult to apply this method to unknown flow conditions. To measure blood viscosity under unknown flow conditions, a microfluidic method based on micro particle image velocimetry(PIV) is proposed in this study. Flow rate in the microchannel was estimated by assuming velocity profiles represent mean value along channel depth. To demonstrate the measurement accuracy of flow rate, the flow rates measured at the upstream and downstream of a T-shaped microchannel were compared with injection flow rate. The present results indicate that blood viscosity could be reasonably estimated according to shear rate by measuring the interfacial width and flow rate of blood flow. This method would be useful for understanding the effects of hemorheological features on the cardiovascular diseases.
Effects of the Reynolds and Knudsen numbers on a micro-viscous pump are studied by using a Navier-Stokes code based on a finite volume method. The micro viscous pump consists of a circular rotor and a two-dimensional channel. The channel walls are treated by using a slip velocity model. The Reynolds number is studied in the range of $0.1{\sim}50$. The Knudsen number varies from 0.01 to 0.1. Numerical solutions show that the pump works efficiently when two counter rotating vortices formed on both sides of the rotor have the same size and intensity. As the Reynolds number increases, the size and intensity of the vortex on the inlet side of the pump decrease. It disappears when the Reynolds number is larger than about Re=20. The characteristics of the performance of the pump is shown to deteriorate, in terms of mean velocity and pressure rise, as the Reynolds number increases. The Knudsen number shows a different effect on the characteristics of the pump. As it increases, the mean velocity and pressure rise decrease but the characteristics of the vortex flow remains unchanged, unlike the effect of Reynolds number.
한국가시화정보학회 2004년도 Proceedings of 2004 Korea-Japan Joint Seminar on Particle Image Velocimetry
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pp.65-74
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2004
Measurement of concentration distributions of suspended particles in a micro-channel is out of the most crucial necessities in the area of Lab-on-a-chip to be used for various bio-chemical applications. One most feasible way to measure the concentration field in the micro-channel is using micro-LIF(Laser Induced Fluorescence) method. However, an accurate concentration field at a given cross plane in a micro-channel has not been successfully achieved so far due to various limitations in the light illumination and fluorescence signal detection. The present study demonstrates a novel method to provide an ultra thin laser sheet beam having five(5) microns thickness by use of a micro focus laser line generator. The laser sheet beam illuminates an exact plane of concentration measurement field to increase the signal to noise ratio and considerably reduce the depth uncertainty. Nile Blue A was used as fluorescent dye for the present LIF measurement. The enhancement of the fluorescent intensity signals was performed by a solvent mixture of water $(95\%)$ and ethanol (EtOH)/methanol (MeOH) $(5\%)$ mixture. To reduce the rms errors resulted from the CCD electronic noise and other sources, an expansion of grid size was attempted from $1\times1\;to\;3\times3\;or\;5\times5$ pixel data windows and the pertinent signal-to-noise level has been noticeably increased accordingly.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제15권2호
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pp.47-53
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2007
Laminar heat transfer experiments were conducted in flat extruded aluminum tubes. Three different flat tubes-two with smooth inner channel, one with micro-finned inner channel-were tested. Smooth tube data were in reasonable agreement with the predictions by simplified theoretical models. The heat transfer coefficients of the micro-fin tube were significantly smaller than those of the smooth tube. The reason was attributed to the decelerating flow in the inter-fin region. Heat transfer correlations were developed from the data.
Kim Jin-Taek;Pak Bock-Choon;Lee Cheul-Ro;Baek B.J.
KSTLE International Journal
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제7권1호
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pp.22-26
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2006
A simple finite element analysis is performed to simulate the thermal characteristics of a micro sensor package with thin film heater embedded in the glass wall of a micro-channel. In this paper, Electric characteristics of ITO sputtered heater were presented in this study, which can be used as a map of heater design in the range of available system temperature. The effects of thermo-physical properties of materials, geometrical structure and boundary condition on the thermal performance are also investigated. Finally, the design of micro-flow induced thermal sensor that is capable of measuring fluid flow with a lower flow detection limit of approximately 24pL/s is presented.
논문에서는 어닐링 시뮬레이션에 근거한 인공 뉴럴 네트워크를 구축한다. 미세 유동채널의 전기화학적 가공 파라미터와 채널 형태 간의 매핑은 샘플의 학습에 의하여 이루어진다. 스텐리스강 표면에 대한 미세 유동채널의 전기화학적 가공의 깊이와 넓이가 예측되고, 형성된 네트워크 모델을 입증하기 위한 NaNO3 해 내부의 펄스 전원공급기와 함께 유동채널의 실험이 진행된다. 결과적으로, "4-7-2" 구조를 갖는 인공 뉴럴 네트워크에 의한 어닐링 시뮬레이션으로 예측된 채널의 깊이와 넓이는 실험값에 매우 근접한다. 그 오차는 5.3% 미만이다. 예측된 데이터와 실험 데이터는 전기화학적 가공 과정에서의 에칭 규격이 전압 및 전류의 밀도와 매우 밀접한 관계가 있음을 보여준다. 전압이 5V보다 작을 때에는 채널 내에 "작은 섬"이 형성된다; 반면에 전압이 40V보다 클 때에는 채널의 측면 에칭이 비교적 크고 채널 사이의 "댐"은 사라지게 된다. 전압이 25V일 때 채널의 가공 형태는 최적이 된다.
This study presents an optimal design of the coolant system of a non-refueling full-life small reactor by analyzing the space-integrated geometrical and electromagnetic variables of an extra vessel electromagnetic pump (EVEMP) for the circulation of a lead-bismuth eutectic (LBE) coolant. The EVEMP is an ideal alternative to the thermal-hydraulic system of non-refueling full-life micro reactors as it possesses no internal structures, such as impellors or sealing structures, for the transportation of LBE. Typically, the LBE passes through the annular flow channel of a reactor, is cooled by the heat exchanger, and then circulates back to the EVEMP flow channel. This thermal-hydraulic flow method is similar to natural circulation, which enhances thermal efficiency, while providing a golden time for cooling cores in the event of an emergency. When the forced circulation technology of the EVEMP was applied, the non-refueling full-life micro reactor achieve an output power of 60 MWt, which is higher than that achievable via the natural circulation method (30 MWt). Accordingly, an optimized EVEMP for Micro URANUS with a flow rate of 4196 kg/s and developed pressure of 73 kPa under a working temperature of 250 ℃ was designed.
A numerical study is performed to investigate the effect of inner surface roughness and micro-particles on adiabatic single phase frictional pressure drop in a perfect square micro channel. With the variation of particles sizes (0.1 to $1{\mu}m$) and occupied volume ratio (0.01 to 10%) by particles, the Eulerian multi-phase model is applied to a $100{\mu}m$ hydraulic diameter perfect square micro channel in laminar flow region. Frictional pressure loss is affected significantly by particle size than occupied volume ratio by particles. The particle properties like density and coefficient of restitution are investigated with various particle materials and the density of particle is found as an influential factor. Roughness effect on pressure drop in the micro channel is investigated with the consideration of roughness height, pitch, and distribution. Additionally, the combination effect by particles and surface roughness are simulated. The pressure loss in microchannel with 2.5% relative roughness surface can be increased more than 20% by the addition of $0.5{\mu}m$ diameter particles.
The characteristics of micro gaseous flows in microchannels have been analyzed in view of flow resistance using the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method which is a molecule-based numerical modeling technique. For this purpose, a DSMC code where the pressure boundary condition was specified at the inlet and outlet, has been developed and the results of simulations showed satisfactory agreements with the analytic solution in the slip flow regime. (0.01 < Kn < 0.1) By varying the height and length of the microchannel, the effect of pressure difference between the inlet and outlet was examined. The present computation indicates that the curvature in pressure distribution along the channel increases due to the effect of compressibility when the pressure difference increases. To obtain the flow resistance regardless of the channel dimensions, a standard curve is devised in the present study by introducing the concept of unit mass flowrate and unit driving pressure force. From this curve, it is shown that in micro flows, a significant deviation from the laminar incompressible flow occurs by reducing the flow resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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