International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.386-395
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2010
The article is focused in three areas. In the first part there are analyzed the adhesion forces at the liquid and solid surface interface. There are shown the measured values of surface energy for different types of surfaces. The value of surface energy is decisive for determining the extent of the surface wettability by the liquid. The second part points to the possible negative effects of partly wettable surfaces, showing susceptibility to cavitation. The third section describes the practical aspects of surface wettability by the liquid. Under the new boundary conditions bases, expressing the effect of adhesion forces, there are determined the centrifugal pump characteristics.
In this paper, we present a numerical model for fluid-structure interaction between structure built of porous media and acoustic fluid, which provides both pore pressure inside porous media and hydrodynamic pressures and hydrodynamic forces exerted on the upstream face of the structure in an unified manner and simplifies fluid-structure interaction problems. The first original feature of the proposed model concerns the structure built of saturated porous medium whose response is obtained with coupled discrete beam lattice model, which is based on Voronoi cell representation with cohesive links as linear elastic Timoshenko beam finite elements. The motion of the pore fluid is governed by Darcy's law, and the coupling between the solid phase and the pore fluid is introduced in the model through Biot's porous media theory. The pore pressure field is discretized with CST (Constant Strain Triangle) finite elements, which coincide with Delaunay triangles. By exploiting Hammer quadrature rule for numerical integration on CST elements, and duality property between Voronoi diagram and Delaunay triangulation, the numerical implementation of the coupling results with an additional pore pressure degree of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The second original point of the model concerns the motion of the outside fluid which is modeled with mixed displacement/pressure based formulation. The chosen finite element representations of the structure response and the outside fluid motion ensures for the structure and fluid finite elements to be connected directly at the common nodes at the fluid-structure interface, because they share both the displacement and the pressure degrees of freedom. Numerical simulations presented in this paper show an excellent agreement between the numerically obtained results and the analytical solutions.
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.
In this study, basic design data which were required for development of highly efficient ice storage system with low temperature latent heat were experimentally obtained. The ice storage system considered in this study was the one that has been widly used in the developed country and called the ice-on-coil type. Using the system, the ice storage performance for various design parameters which were the flow direction and the inlet temperature of the secondary fluid was tested. In addition, the timewise variation of the interface profiles between the solid and the liquid were visualized, and the heat transfer characteristics of the Phase Change Material(PCM) in the ice storage tank were Investigated. During the freezing processes in the ice storage tank with several vertical tubes, decrease of the heat transfer area and the heat resistance of the ice layer made the increasing rate of ice packing factor(IPF) less. The total freezing energy for the upward flow of the secondary fluid was higher than that for the downward flow. The average ice storage efficiency for the upward flow of the secondary fluid was higher than that for the downward flow.
Jo, Jung-Rae;Choi, Jee-Hoon;Sung, Byung-Ho;Ki, Jae-Hyung;Ryoo, Seong-Ryoul;Kim, Chul-Ju
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11b
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pp.2357-2362
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2008
LHP is different from a conventional heat pipes in design and heat and fluid flow passages. The situations of the former is much complex than the latter. In LHPs, evaporation occurs at the contact interface between the heating plate and the porous wick, so some micro channels machined at the contact interface serve to let the vapor flow out of the evaporator. This complexity of contact geometry was known to cause a high resistance to heat flow. The present work was to study the problem of heat passage across the contact surface for LHPs and determine those values contact resistance. For two cases of contact structures, the thermal contact resistances were examined experimentally, one being obtained through mechanical contact under pressure and the other through sintered bonding. Nickel powder wick and copper plate were used for specimens. The result showed that a substantial reduction of contact resistance of an order of degree could be obtainable by sintered bonding.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.6
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pp.461-468
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2012
In this study, a Cartesian-grid method based on finite volume approach is applied to simulate the ship motions in large amplitude waves. Fractional step method is applied for pressure-velocity coupling and TVD limiter is used to interpolate the cell face value for the discretization of convective term. Water, air, and solid phases are identified by using the concept of volume-fraction function for each phase. In order to capture the interface between air and water, the tangent of hyperbola for interface capturing (THINC) scheme is used with weighed line interface calculation (WLIC) method which considers multidimensional information. The volume fraction of solid body embedded in the Cartesian grid system is calculated using a level-set based algorithm, and the body boundary condition is imposed by a volume weighted formula. Numerical simulations for the two-dimensional barge type model and Wigley hull in linear waves have been carried out to validate the newly developed code. To demonstrate the applicability for highly nonlinear wave-body interactions such as green water on the deck, numerical analysis on the large-amplitude motion of S175 containership is conducted and all computational results are compared with experimental data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.3
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pp.251-258
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2010
This paper presents the technology for the design, fabrication, and characterization of a microfluidic system interface (MSI); the purpose of this technology is to enable the integration of complex microfluidic systems. The MSI technology can be applied in a simple manner for realizing complex arrangements of microfluidic interconnects, integrated microvalves for fluid control, and optical windows for on-chip optical processes. A microfluidic system for the preparation of genetic samples was used as the test vehicle to prove the effectiveness of the MSI technology for packaging complex microfluidic systems with multiple functionalities. The miniaturized genetic sample preparation system comprised several functional compartments, including compartments for cell purification, cell separation, cell lysis, solid-phase DNA extraction, polymerase chain reaction, and capillary electrophoresis. Additionally, the functional operation of the solid-phase extraction and PCR thermocycling compartments was demonstrated by using the MSI.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.4
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pp.430-439
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1985
Conjugate natural convection in double enclosed annuli between horizontal concentric cylinders has been studied by the numerical analysis and experimental measurements. The interface conditions between the liquid and the solid of middle shell are obtained through the correlation factor based on the ratio of solid to fluid thermal conductivities and the Prandtl number. The characteristics of conjugate heat transfer are discussed under various dimensionless parameters such as conductivity ratios, shell thickness, diameter ratios, Prandtl number, and Rayleigh number. It is found that the average equivalent conductivity K over var $_{eq}$ does not depend on the conductivity ratios and shell thickness. The K over bar $_{eq}$ however, depends on the Prandtl number and the Rayleigh number.
Park, Sangjin;Rhee, Huinam;Yoon, Doo Byung;Park, Jin Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.8
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pp.793-799
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2015
In this research, we study the propagation of longitudinal and transverse waves through a metal rod including a liquid layer using computational and experimental analyses. The propagation characteristics of longitudinal and transverse waves obtained by the computational and experimental analyses were consistent with the wave propagation theory for both cases, that is, the homogeneous metal rod and the metal rod including a liquid layer. The fluid-structure interaction modeling technique developed for the computational wave propagation analysis in this research can be applied to the more complex structures including solid-liquid interfaces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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