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.
고분자 용융 같은 물질의 유변학적인 성질은 전단 흐름에서 복잡한 비 뉴톤 유동 현상을 보인다. 이들 유동성질은 유동단위와 유동부분 사이의 상호작용의 특성에 의하여 결정된다. poly(vinyl alcohol) hydrogel의 비 뉴톤유동 곡선을 cone-plate 레오메타로 여러 온도와 여러 농도 조건에서 얻었다. PVA hydrogel의 유동 곡선을 비 뉴톤 유동식에 적용시켜 유동 파라메타를 얻었다. 유동현상은 전단 속도가 증가함에 따라 전단박화의 틱소트로피 현상을 나타내었다.
This study presents results on the numerical simulation of Newtonian and non-Newtonian flow in a channel obstructed by an asymmetric array of obstacles for clarifying the descriptive ability of current non-Newtonian constitutive equations. Jones and Walters (1989) have performed the corresponding experiment that clearly demonstrates the characteristic difference among the flow patterns of the various liquids. In order to appropriately account for flow properties, the Navier-Stokes, the Carreau viscous and the Leonov equations are employed for Newtonian, shear thinning and extension hardening liquids, respectively. Making use of the tensor-logarithmic formulation of the Leonov model in the computational scheme, we have obtained stable solutions up to relatively high Deborah numbers. The peculiar characteristics of the non-Newtonian liquids such as shear thinning and extension hardening seem to be properly illustrated by the flow modeling. In our opinion, the results show the possibility of current constitutive modeling to appropriately describe non-Newtonian flow phenomena at least qualitatively, even though the model parameters specified for the current computation do not precisely represent material characteristics.
The objective of present study is to obtain information on the stenosis effects in the branch tubes for industrial piping system and atherogenesis processing in human arteries. Numerical solutions for flows of Newtonian and non-Newtonian fluids in the branch tubes are obtained by the finite volume method. Centerline velocity and pressure along the bifurcated tubes for water, blood and aqueous Separan AP-273 solution are computed and the numerical results of blood and the Separan solution are compared with those of water. Flow phenomena in the stenosed branch tubes are discussed extensively and predicted effectively. The effects of stenosis on the pressure loss coefficients are determined.
콜로이드 분산계와 같은 복잡한 물질의 유변성질은 전단 흐름이 일어날 때 비뉴톤 유동현상을 나타낸다. 이들 유변성질은 유동단위의 성질과 유동 세그먼트 사이의 상호작용에 의하여 영향을 받는다. 유동곡선을 이론적인 틱소트로피식에 적용하여 여러 틱소트로피 유동 곡선에 대한 유동파라메타, 완화시간, $({\beta}_2)_0$, 구조적인 요인, $C_2$, 전단 모듈러스, $X_2/{\alpha}_2$을 구하였다. 유변 파라메타의 변화는 비뉴톤 유동, 점도, 유동 세그먼트의 유동 활성화 에너지와 직접적인 관계가 있다.
용융 폴리우레탄의 비 뉴톤 유동곡선을 Physica cone-plate 레오메타를 사용하여 여러 온도에서 구하였다. 이러한 유동 곡선을 이론적인 비 뉴톤 유동식에 적용하여 유동파라메타를 얻었다. 유동곡선에서 전단 속도를 증가시켰다가 감소시킬 때 hysteresis loop가 나타나며, 틱소트로피 유동 현상을 보인다. 용융 폴리우레탄은 전단 흐름에서는 강한 젤 현상을 보이나, 항복응력 이상에서는 비선형 점탄성 성질을 나타낸다. 전단속도를 감소시킬 때 구조변형이 일어나서 전단응력이 전단 속도 증가시보다 작은 값을 보이게 된다.
The three-dimensional flow analysis using the finite volume method is presented to compare the steady flow characteristics of blood with those of blood substitutes such as water and aqueous polymer solution in an idealized double branching model. The model is used to simlllate the region of the abdominal aorta near the celiac and superior mesenteric branches. Apparent viscosities of blood and the aqueous Separan solution are represented as a function of shear rate by the Carreau model, Water and aqueoiu Separan AP-273 500wppm solution are frequently used as blood substitutes in vitro experiments. Water is a typical Newtonian fluid and blood and Separan solution are non-Newtonian fluids. Flow phenomena such as velocity distribution, pressure variation and wall shear stress distribution of water, blood and polymer solution are quite different due to differences of the rheological characteristics of fluids. Flow phenomena of polymer solution are qualitatively similar to those of blood but the phenomena of water are quite different from those of blood and polymer solution. It is recommended that a lion-Newtonian fluid which exhibits very similar rheological behavior to blood be used in vitro experiments. A non-Newtonian fluid whose rheological characteristics are very similar to those of blood should be used to obtain the meaninylll hemodynamic data for blood flow in vitro experiment and by numerical analysis
Debris flow is a composition of solid objects of various sizes, suspension and water, which occurs frequently as the results of landslide following heavy rainfall. This often causes extensive damage in the form of socio-economic losses and casualties as witnessed during the incident around Mt. Umyeon, Seoul in 2011. There have been numerous investigation to mitigate the impacts from debris flow; however, the estimation as preparedness measure has not been successful due to nonlinear and multiphase characteristics of phenomena both in material and process inherent in the debris flow. This study presents a numerical approach to simulate the debris flow using open source code of computational fluid dynamics, OpenFOAM with non-Newtonian viscosity model for three phase material modeling. In order to validate the proposed numerical method, the quantitative evaluations were made by comparisons with experimental results and qualitative analysis for the dispersion characteristics was carried for the case of debris flow in the actual incident from Mt. Umyeon.
The purpose of the present study is to measure the viscosity of liquid in the capillary tube viscometer using the unsteady flow concept. The capillary tube viscometer is consisted of a small cylindrical reservoir, capillary tubes, and the mass flow rate measuring system interfaced with computer. Two capillary tubes with 1.152 and 3.002 mm I.D. are used to determine the diameter effects on the viscosity measurements. The instantaneous shear rate and gravitational driving force in the capillary tube are determined by measuring the mass flow rate through the capillary tube instantaneously. The measured viscosities of water and aqueous Separan solution are in good agreement with the reported experimental data.
Semi-Solid Forming Process(Thixoforming, Rheocasting) is a novel forming process which has some advantages compared with conventional die casting, squeeze casting and hot/cold forging. In this study. Thixoforming process was selected as analysis processing in terms of billet handling and easiness of automation process. The Thixoforming process consists of reheating process of billet, billet handling, filling inot the die cavity and solidification of SSM part. In filling process, two rheology models which were Newtonian and Non-Nettonian model (Ostwald-deWaele)were verified with experimental results. The Ostwald-deWaele model shows the good agreement to the real flow and filling phenomena in die cavity. To give a boost the economical efficiency of Thixoforming process and to ensure the good forming result, reheating device coupled die set was proposed and the initial billet temperature for system that was found from experimental resluts. This study presents an overview of application of numerical analysis for simulation of semi-solid metal forming process to reduce the lead time for development of manufacturing part in industrial field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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