Taghizadeh, Roohollah;Goshtasbi, Kamran;Manshad, Abbas Khaksar;Ahangari, Kaveh
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.4
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pp.505-513
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2018
Steam flooding is widely used in heavy oil reservoir with coupling effects among the formation temperature change, fluid flow and solid deformation. The effective stress, porosity and permeability in this process can be affected by the multi-physical coupling of thermal, hydraulic and mechanical processes (THM), resulting in a complex interaction of geomechanical effects and multiphase flow in the porous media. Quantification of the state of deformation and stress in the reservoir is therefore essential for the correct prediction of reservoir efficiency and productivity. This paper presents a coupled fluid flow, thermal and geomechanical model employing a program (MATLAB interface code), which was developed to couple conventional reservoir (ECLIPSE) and geomechanical (ABAQUS) simulators for coupled THM processes in multiphase reservoir modeling. In each simulation cycle, time dependent reservoir pressure and temperature fields obtained from three dimensional compositional reservoir models were transferred into finite element reservoir geomechanical models in ABAQUS as multi-phase flow in deforming reservoirs cannot be performed within ABAQUS and new porosity and permeability are obtained using volumetric strains for the next analysis step. Finally, the proposed approach is illustrated on a complex coupled problem related to steam flooding in an oil reservoir. The reservoir coupled study showed that permeability and porosity increase during the injection scenario and increasing rate around injection wells exceed those of other similar comparable cases. Also, during injection, the uplift occurred very fast just above the injection wells resulting in plastic deformation.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.1
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pp.64-70
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2008
Temperatures of engine head and liner depend on many factors such as spray and combustion process, coolant passage flow and engine related structures. To estimate the temperature distribution of engine structure, multi-dimensional computational fluid dynamics (CFD) codes have been mainly adopted. In this case, it is of great importance to obtain the realistic wall temperature distribution of entire engine structure. In the present work, a CFD-FEM coupling methodology was presented to address this demand. This approach was applied to a real large-size marine diesel engine. CFD combustion and coolant flow simulations were coupled to FEM temperature analysis. Wall heat flux and wall temperature data were interfaced between combustion simulation and solid component temperature analysis via translator by a commercial CFD package named FIRE by AVL. Heat transfer coefficient and surface temperature data were exchanged and mapped between coolant flow simulation and FEM temperature analysis. Results indicate that there exists the optimum cell thickness near combustion chamber wall to reasonably predict the wall heat flux during combustion period. The present study also shows that the effect of cell refining on predicting in-cylinder pressure during combustion is negligible. Hence, the basic guidance on obtaining the wall heat flux needed for the reasonable CFD-FEM coupling analysis has been established. It is expected that this coupling methodology is a robust tool for practical engine design and can be applied to further assessment of the temperature distribution of other engine components.
The dependence of the rheological properties of blood on shape, aggregation, and deformability of red blood cells (RBCs) has been investigated using hybrid systems by coupling fluid with solid models. We present a simple approach for simulating blood as a multi-component fluid, in which RBCs are modeled as droplets of acquired biconcave shape. We used lattice Boltzmann method (LBM) due to its excellent numerical stability as a simulation tool. The model enables us to control the droplet static shape by imposing non-isotropic surface tension force on the interface between the two components. The use of the proposed non-isotropic surface tension method is justified by the Norris hypothesis. This hypothesis states that the shape of the RBC is due to a non-uniform interfacial surface tension force acting on the RBC periphery. This force is caused by the unbalanced distribution of the lipid molecules on the surface of the RBC. We also used the same concept to investigate the dynamic shape change of the RBC while flowing through the microvasculature, and to explore the physics of the Fahraeus, and the Fahraeus-Lindqvist effects.
The dependence of the rheological properties of blood on shape, aggregation, and deformability of red blood cells (RBCs) has been investigated using hybrid systems by coupling fluid with solid models. We present a simple approach for simulating blood as a multi-component fluid, in which RBCs are modeled as droplets of acquired biconcave shape. We used lattice Boltzmann method (LBM) due to its excellent numerical stability as a simulation tool. The model enables us to control the droplet static shape by imposing non-isotropic surface tension force on the interface between the two components. The use of the proposed non-isotropic surface tension method is justified by the Norris hypothesis. This hypothesis states that the shape of the RBC is due to a non-uniform interfacial surface tension force acting on the RBC periphery. This force is caused by the unbalanced distribution of the lipid molecules on the surface of the RBC. We also used the same concept to investigate the dynamic shape change of the RBC while flowing through the microvasculature, and to explore the physics of the Fahraeus, and the Fahraeus-Lindqvist effects.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.2
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pp.58-65
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2008
The finite element programs have been developed for structure, collision, flow, dynamics, heat transfer, acoustics, electromagnetism, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and etc. These programs can be classified as either "package" program or "single purpose" program. Single purpose programs usually have convenient and powerful functions, but these programs have limited expandability to different fields of analysis. Therefore, the method to converter the analysis results of single purpose program to other programs is needed. In the research, multi-body data conversion methods of 1) finite element model and 2) solid model were created to convert fluid analysis result of CFD-ACE+ to ANSYS data structure. Automatic boundary condition algorithms were developed for blade, and finite element model was compared with solid model. It is expected that, by sealess data transfer, the Multi-body Data Conversion Program could reduce the development period of torque converters.
During stamping processes, the air trapped between sheet metal and the die cavity can be highly compressed and ultimately reduce the shape accuracy of formed panels. To prevent this problem, vent holes and passages are sometimes drilled into the based on expert experience and know-how. CAE can be also used for analyzing the air behavior in die cavity during stamping process, incorporating both elasto-plastic behavior of sheet metal and the fluid dynamic behavior of air. This study presents sheet metal forming simulation combined simultaneously with simulation of air behavior in the die cavity. There are three approaches in modeling of air behavior. One is a simple assumption of the bulk modulus having a constant pressure depending on volume change. The next is the use of the ideal gas law having uniform pressure and temperature in air domain. The third is FPM (Finite point method) having non-uniform pressure in air domain. This approach enables direct coupling of mechanical behavior of solid sheet metal and the fluid behavior of air in sheet metal forming simulation, and its result provides the first-hand idea for the location, size and number of the vent holes. In this study, commercial software, PAM-$STAMP^{TM}$ and PAM-$SAFE^{TM}$, were used.
Reservoir geomechanics can play an important role in hydrocarbon recovery mechanism. In $CO_2$-EOR process, reservoir geomechanics analysis is concerned with the simultaneous study of fluid flow and the mechanical response of the reservoir under $CO_2$ injection. Accurate prediction of geomechanical effects during $CO_2$ injection will assist in modeling the Carbon dioxide recovery process and making a better design of process and production equipment. This paper deals with the implementation of a program (FORTRAN 90 interface code), which was developed to couple conventional reservoir (ECLIPSE) and geomechanical (ABAQUS) simulators, using a partial coupling algorithm. A geomechanics reservoir partially coupled approach is presented that allows to iteratively take the impact of geomechanics into account in the fluid flow calculations and therefore performs a better prediction of the process. The proposed approach is illustrated on a realistic field case. The reservoir geomechanics coupled models show that in the case of lower maximum bottom hole injection pressure, the cumulative oil production is more than other scenarios. Moreover at the high injection pressures, the production rates will not change with the injection bottom hole pressure variations. Also the FEM analysis of the reservoir showed that at $CO_2$ injection pressure of 11000 Psi the plastic strain has been occurred in the some parts of the reservoir and the related stress path show a critical behavior.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.33
no.3
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pp.93-100
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2021
Since the IB (Immersed Boundary) method, which can perform coupling analysis with objects and fluids having an impermeable boundary of arbitrary shape on a fixed grid system, has been developed, the IB method in various CFD models is increasing. The representative IB methods are the directing-forcing method and the ghost cell method. The directing-forcing type method numerically satisfies the boundary condition from the fluid force calculated at the boundary surface of the structure, and the ghost-cell type method is a computational method that satisfies the boundary condition through interpolation by placing a virtual cell inside the obstacle. These IB methods have a disadvantage in that the computational algorithm is complex. In this study, the simplified immersed boundary (SIB) method enables the analysis of temporary structures on a fixed grid system and is easy to expand to three proposed dimensions. The SIB method proposed in this study is based on a one-field model for immiscible two-phase fluid that assumes that the density function of each phase moves with the center of local mass. In addition, the volume-weighted average method using the density function of the solid was applied to handle moving solid structures, and the CIP method was applied to the advection calculation to prevent numerical diffusion. To examine the analysis performance of the proposed SIB method, a numerical simulation was performed on an object falling to the free water surface. The numerical analysis result reproduced the object falling to the free water surface well.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.22
no.11
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pp.727-734
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2010
The present study numerically investigates the motion of a solid body suspended in the square enclosure with natural convection. A two-dimensional circular cylinder levitated thermally has been simulated by using thermal lattice Boltzmann method(TLBM) with the direct-forcing immersed boundary method. To deal with the ascending, falling or levitation of a circular cylinder in natural convection, the immersed boundary method is expanded and coupled with the TLBM. The circular cylinder is located at the bottom of a square enclosure with no restriction on the motion and freely migrates due to the Boussinesq approximation which is employed for the coupling between the flow and temperature fields. For different density ratio between the cylinder and the fluid, the motion characteristics of the circular cylinder for various Grashof numbers have been carried out. The Prandtl number is fixed as 0.7.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.388-391
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2017
In this study, heat transfer analysis of variable thrust control system have been conducted by using commercial CFD code and FEM code. We Carried out computational fluid dynamics analysis to obtain the temperature and convective heat transfer coefficient of hot gas of variable thrust control system. Data are used as boundary condition for heat transfer analysis using mapping method. Temperature of O-ring for sealing was predicted
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[게시일 2004년 10월 1일]
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