I present the behavior of colloidal adsorption to an oil-water interface in the presence of electrolyte in an aqueous subphase. The optical laser tweezers and the piezo controller are used to trap an individual polystyrene microsphere in water and forcibly transfer it to the interface in the vertical direction. Addition of an electrolyte (i.e., NaCl) in the aqueous subphase enables the particle to attach to the interface, whereas the particle escapes from the trap without the adsorption in the absence of the electrolyte. Based on the analytical calculations of the optical trapping force and the electrostatic disjoining pressure between the particle and the oil-water interface, it is found that a critical energy barrier between them should exist. This study will provide a fundamental understanding for applications of colloidal particles as solid surfactants that can stabilize the immiscible fluid-fluid interfaces, such as emulsions (i.e., Pickering emulsions) and foams.
A numerical analysis has been carried out to investigate the influences of thermosolutal convection on the heat and mass transfer and solute segregation in crystals grown by the vertical Bridgman technique. The governing equations are solved by a finite-volume method using the power law scheme and the SIMPLE algorithm in which body-fitted coordinate system has been used. A primary convective cell driven by thermal gradients forms in the bulk of the domain, while a secondary convective cell driven by solutal gradients forms near interface. As the solutal Rayleigh number increases, secondary cell becomes to be stronger and has a great influence on the radial concentration along the interface.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.7
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pp.469-476
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2009
Most material of engineering interest undergoes solidification process from liquid state. Identifying the underlying mechanism during solidification process is essential to determine the microstructure of material thus the physical properties of final product. In this paper, effect of fluid convection on the dendrite solidification morphology is studied using Level Contour Reconstruction Method. Sharp interface technique is used to implement correct boundary condition for moving solid interface. The results showed good agreement with exact boundary integral solution and compared well with other numerical techniques. Effects of Peclet number and undercooling on growth of dendrite tip of both single and multiple seeds have been also investigated.
A combined Streamline Upwind Petrov-Galerkin method (SUPG) and segregated finite element algorithm for solving conjugate heat transfer problems where heat conduction in a solid is coupled with heat convection in viscous fluid flow is presented. The Streamline Upwind Petrov-Galerkin method is used for the analysis of viscous thermal flow in the fluid region, while the analysis of heat conduction in solid region is performed by the Galerkin method. The method uses the three-node triangular element with equal-order interpolation functions for all the variables of the velocity components, the pressure and the temperature. The main advantage of the presented method is to consistently couple heat transfer along the fluid-solid interface. Four test cases, which are the conjugate Couette flow problem in parallel plate channel, the counter-flow in heat exchanger, the conjugate natural convection in a square cavity with a conducting wall, and the conjugate natural convection and conduction from heated cylinder in square cavity, are selected to evaluate efficiency of the presented method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.1
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pp.142-155
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1992
Numerical analysis is performed for the unsteady axisymmetric two dimensional phase change problem of freezing of water around a vertical tube. Heat conduction in the tube wall and solid phase, natural convection in liquid phase and volume expansion caused by density difference between solid and liquid phases are included in the numerical analysis. Existing correlation is used for estimating density-temperature relation of water, and the effect of volume expansion is reflected as fluid velocity at the interface and the free surface. As pure water has maximum density at 4.deg. C, it is found that there exists an initial temperature at which the flow direction reverses near the interface and by this effect the slope of interface becomes reversed depending on the initial temperature of water. By considering natural convection and solid-liquid density difference in the calculation, their effects on phase change process are studied and the effects of various parameters are also studied quantitatively.
In this paper, the wave propagation in generalized thermo elastic plate immersed in fluid is studied based on the Lord-Shulman (LS) and Green-Lindsay (GL) generalized two dimensional theory of thermo elasticity. Two displacement potential functions are introduced to uncouple the equations of motion. The frequency equations that include the interaction between the plate and fluid are obtained by the perfect-slip boundary conditions using the Bessel function solutions. The numerical calculations are carried out for the material Zinc and the computed non-dimensional frequency, phase velocity and attenuation coefficient are plotted as the dispersion curves for the plate with thermally insulated and isothermal boundaries. The wave characteristics are found to be more stable and realistic in the presence of thermal relaxation times and the fluid interaction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.6
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pp.792-801
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2000
The problem of phase change from liquid to solid in the inviscid plane-stagnation flow is theoretically investigated. The solution at the initial stage of freezing is obtained by expanding it in powers of time, and the final equilibrium state is determined from the steady-state governing equations. The transient solution is dependent on the three dimensionless parameters, but the equilibrium state is determined by one parameter of (temperature ratio/conductivity ratio). The effect of the fluid flow on the growth rate of the solid in the pure conduction problem can be clearly seen from the solution of the initial stage and the final equilibrium state. The characteristics of the transient heat transfer at the surface of the solid and the liquid side of the solid-liquid interface for all the dimensionless parameters are elucidated.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.2
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pp.133-141
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2024
Considering fluid-structure-soil interactions, a finite-element model for a liquid-storage tank is presented and the nonlinear earthquake response analysis is formulated. The tank structure is modeled considering shell elements with geometric and material nonlinearities. The fluid is represented by acoustic elements and combined with the structure using interface elements. To consider the soil-structure interactions, the near- and far-field regions of soil are modeled with solid elements and perfectly matched discrete layers, respectively. This approach is applied to the seismic fragility analysis of a 200,000 kL liquid-storage tank. The fragility curve is observed to be influenced by the amplification and filtering of rock outcrop motions at the site when the soil-structure interactions are considered.
This study of thermal convection uses the following geometry: a horizontal layer of fluid heated from below of solid lid at bottom and cooled from above. A variety range of thermal conductivity ratio, $\kappa$ is considered to investigate the interface temperature, $\theta_{i}$ between solid and fluid region. Periodic boundary conditions are employed in the horizontal direction to allow for lateral freedom for the convection cells. A two-dimensional solution for unsteady natural convection is obtained, using an accurate and efficient Chebyshev spectral multi-domain methodology, for different effective Rayleigh numbers, $Ra_{eff}$ varying over the range of $10^{4}\;to\;10^{7}$ in which the effective Rayleigh number is defined as $Ra{\times}<\overline{T}_{i}>$.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.10
no.3
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pp.260-270
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1998
The viscous plane stagnation-flow solidification problem is theoretically investigated. An analytic solution at the beginning of solidification is obtained by expanding the temperature and thickness of solidified layer in powers of time. An exact expression for the steady-state thickness of solidified layer is also obtained. The .fluid flow toward the cold substrate inhibits the solidification process. As Stefan number becomes larger, or Prandtl number becomes smaller, the solidification is more strongly inhibited by the fluid flow. The transient heat flux at the liquid side of solid-liquid interface is increased, as Stefan number or Prandtl number is increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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