Viscous-driven pumping is a very promising type in microscale applications. However, there exist a few disadvantages such as low efficiency and small volume flow rate. In the present study, a pump with tandem rotating cylinders and its optimum synthesis are proposed fur enhancing pumping performance. First, using an unstructured grid CFD method, we investigate the effects of geometrical parameters and then the performance of the pump with tandem cylinders is evaluated. Next, an optimum design synthesis tool is constructed by combining the aforementioned CFD analysis model with the mathematical optimization model, namely, Modified Method of Feasible Directions (MMFD). This technique is used to optimize the geometrical parameters of the pump, fur maximizing pumping efficiency. From the optimization results, it is believed that the present optimum synthesis is robust and has a potential fur other microfluidic device design.
Taylor-Couette flow may appear when the angular velocity is different between two concentric rotating cylinders. This kind of Taylor-vortex flow can be easily seen in lots of engineering problems. In general the geometries of rotating cylinders are generally complex in these cases. In this study, we investigated Taylor-Couette flow when the outer cylinder has the slit along the annulus. The radius ratio and aspect ratio of the experimental model used was 0.825 and 48, respectively. The depth of slits is 5mm and total 18 slits are azimuthally located along the inner wall of outer cylinder. We used PIV method to measure the flow and applied index matching method to resolve the complex geometry effect. The results show the model with slit has no stable wavy vortex region above Re=143.
Since the viscous effect increases as the size of device decreases, viscous-driven micropump is a promising mechanism in microscale applications. In the present study, a dual-rotor type pump which contains two counter-rotating cylinders for improving performance characteristics is proposed. First, for flows in the single-rotor type pump, the present unstructured grid simulation method is validated by comparing its results to the previous results. Next, the performance of the dual-rotor type pump is evaluated by the parametric studies and is compared to that of the previous single-rotor type pump. The flow characteristics are qualitatively similar to those of single-rotor type pump. However, the performance of the micropump with tandem rotors is still better than that of previous pumping type, e.g. much larger flow rate, smaller driving region, higher efficiency, and wider operation range.
본 연구에서는 레이놀즈응력 모델이 곡률효과에 대한 추가적인 수정을 요구하 는 지를 알기 위하여 유선곡률에 의해 영향을 받는 원형 쿠에트 유동에 대해 수치계산 을 수행하고, 이 결과를 측정한 실험치와 비교하였다. 본 연구의 실험에서는 완전 난류 영역에서 난류평균속도와 난류응력성분들을 측정하였다. 수치계산에 있어서는 레이놀즈응력 모델에 대하여 Gibson과 Younis가 곡률효과를 고려해 제안한 새로운 모 델상수를 기존의 모델상수와 함께 적용하여 그 결과를 비교하였다. 계산된 결과를 본 실험의 측정치와 아울러 함께 Smith와 Townsend의 측정치와도 비교하였다.
In most industrial applications, the geometrical complexity is combined with the moving boundaries. These problems considerably increase the computational difficulties since they require, respectively, regeneration and deformation of the grid. As a result, engineering flow simulation is restricted. In order to solve this kind of problems the immersed boundary method was developed. In this study, the immersed boundary method is applied to the numerical simulation of stationary, rotating and oscillating cylinders in the 2-dimensional square cavity. No-slip velocity boundary conditions are given by imposing feedback forcing term to the momentum equation. Besides, this technique is used with a second-order accurate interpolation scheme in order to improve the accuracy of flow near the immersed boundaries. The governing equations for the mass and momentum using the immersed boundary method are discretized on the non-staggered grid by using the finite volume method(FVM). This study presents the possibility of the immersed boundary method to apply to the complex flow experienced in the industrial applications.
This study concerns the characteristics of helical flow in a concentric annulus with a diameter ratio of 0.52 and 0.9, whose outer cylinders are stationary and inner ones are rotating. Pressure losses and skin friction coefficients have been measured for fully developed flows of water and 0.2% aqueous of sodium carboxymethyl cellulose(CMC), respectively, when the inner cylinder rotates at the speed of 0∼500rpm. The effect of rotation on the skin friction is significantly dependent on the flow regime. In all flow regimes, the skin friction coefficient is increased by the inner cylinder rotation. The change of skin friction coefficient corresponding to the variation of rotating speed is large for the laminar flow regime, whereas it becomes smaller as Re increases for the transitional flow regime and, then, it gradually approach to zero for the turbulent flow regime.
This paper proposes the concept of FlexPCB(flexible Printed Circuit Board) conductive structure for electrodynamic bearings. It has three main advantages: easy “printing” of considerably thin conductive wires, resulting in potential reduction in stray eddy currents; realization of specific conductive configurations with high precision to optimize the eddy current flowing; simplicity in being wound to cylinders or hollow cylinders of different diameters. To verify this new concept, the FlexPCB conductive structure was manufactured, an axial electrodynamic bearing test rig was built and the conductive structure's induced voltage was measured along the axial displacements from 0mm to 56mm at three rotating speeds. The finite element method was used to calcuatlate the flux density of electrodynamic bearing and induced voltage of the FlexPCB conductive structure. The experimental results are compared with the results from the FEM calculation. It is concluded that the measured and calculated induced voltages have consistency in the middle part of the bearing.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권5호
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pp.573-580
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2002
Animation and time-resolved analysis of the wake characteristics of 2-D bluff body flows were examinated by applying the multi-vision PIV to square cylinders(three angles of attack: $0^{circ}, 30^{circ} and 45^{\circ}$) and circular cylinders(three rotating speeds: 0rpm, 76rpm, 153rpm) submerged within a circulating water channel $(Re=10^4)$, The macroscopic shedding patterns and their dominant frequencies were discussed in terms of instantaneous velocity, vorticity and turbulent quantities such as turbulent intensity, turbulent kinetic energy and three Reynolds stresses. Particularly the time-averaged distribution of turbulent intensity 'islands' where their peak magnitudes were focused always small regions behind the bodies without noticeable spatial migration were particularly discovered in all cases. And the dominant frequencies of the turbulent quantities in the wake regions were two times larger than those of the velocity and vorticity.
A dynamic analysis and friction loss of non-variable swash plate compressor are studied theoretically. Rotating swash plate and reciprocating pistons are modelled kinematically, and forces and torques acting on rotor-bearing system are analyzed. Then, friction losses on 4 roller bearings, 10 sliding parts between swash plate and shoes, and 10 lubricating surfaces between cylinders and pistons are calculated. On each frictional element of sliding surfaces and roller bearings, the same friction loss is obtained, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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