Kim, Wi-Han;Kim, Chan-Il;Lee, Sang-Won;Lim, Soo-Hee;Park, Cheol-Woo;Lee, Ho;Park, Min-Kyu
Journal of the Optical Society of Korea
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v.14
no.1
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pp.42-48
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2010
We used video-rate Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM) to observe the motion of blood cells in a micro-channel. Video-rate CLSM allowed us to acquire images at the rate of 30 frames per second. The acquired images were used to perform Particle Image Velocimetry (PIV), thus providing the velocity profile of the blood in a micro-channel. While previous confocal microscopy-assisted PIV required exogenous micro/nano particles as the tracing particles, we employed blood cells as tracing particles for the CLSM in the reflection mode, which uses light back-scattered from the sample. The blood flow at various depths of the micro-channel was observed by adjusting the image plane of the microscope. The velocity profile at different depths of the channel was measured. The confocal micro-PIV technique used in the study was able to measure blood velocity up to a few hundreds ${\mu}m/sec$, equivalent to the blood velocity in the capillaries of a live animal. It is expected that the technique presented can be applied for in vivo blood flow measurement in the capillaries of live animals.
Three-dimensional numerical simulation of isothermal/nonisothermal coextrusion process of two immiscible polymers through a rectangular channel has been done using the finite element method. The encapsulation phenomenon with the less viscous layer encapsulating the more viscous layer was investigated with the generalized Newtonian fluids. The interface position around the symmetric plane obtained by numerical simulation nearly coincided with the one observed in experiments, but the degree of encapsulation was less than the one observed experimentally. Open boundary condition method was found to be applied to the simulation of nonisothermal coextrusion process, however, the results are not far from those using the fully developed boundary condition, because the temperature development along the downstream direction is very slow in the case of convection dominated flow. When the inlet velocity is increased, the interface profile does not change in isothermal flow, while it moves upward in nonisothermal situation. The degree of encapsulation decreases along the downstream direction in nonisothermal flow. When the inlet temperature increases compared to the wall temperature, the outlet interface moves downward and the degree of encapsulation increases. The difference of degree of encapsulation between the simulation and the experiments seems to arise from the viscoelastic effect of the materials. It was concluded that the nonisothermal effect alone does not explain the complex coextrusion process and the viscoelastic effect needs to be considered.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.12
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pp.977-982
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2009
Direct numerical simulation (DNS) of a turbulent boundary layer with moderate Reynolds number was performed to scrutinize streamwise-coherence of hairpin packet motions. The Reynolds number based on the momentum thickness (${\theta}_{in}$) and free-stream velocity (U${\infty}$) was varied in the range $Re_{\theta}$=1410${\sim}$2540 which was higher than the previous numerical simulations in the turbulent boundary layer. In order to include the groups of hairpin packets existing in the outer layer, large computational domain was used (more than 50${\delta}_o$, where ${\theta}_o$ is the boundary layer thickness at the inlet in the streamwise domain). Characteristics of packet motions were investigated by using instantaneous flow fields, two-point correlation and conditional average flow fields in xy-plane. The present results showed that a train of hairpin packet motions was propagating coherently along the downstream and these structures induced the very large-scale motions in the turbulent boundary layer.
Belver, Ali Vasallo;Iban, Antolin Lorenzana;Rossi, Riccardo
Wind and Structures
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v.15
no.3
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pp.189-208
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2012
Lock-in and drag amplification phenomena are studied for a flexible cantilever using a simplified fluid-structure interaction approach. Instead of solving the 3D domain, a simplified setup is devised, in which 2D flow problems are solved on a number of planes parallel to the wind direction and transversal to the structure. On such planes, the incompressible Navier-Stokes equations are solved to estimate the fluid action at different positions of the line-like structure. The fluid flow on each plane is coupled with the structural deformation at the corresponding position, affecting the dynamic behaviour of the system. An Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) approach is used to take in account the deformation of the domain, and a fractional-step scheme is used to solve the fluid field. The stabilization of incompressibility and convection is achieved through orthogonal quasi-static subscales, an approach that is believed to provide a first step towards turbulence modelling. In order to model the structural problem, a special one-dimensional element for thin walled cross-section beam is implemented. The standard second-order Bossak method is used for the time integration of the structural problem.
Sugii, Y;Nishio, S;Okamoto, K;Nakano, A;Minamiyama, M;Niimi, H
International Journal of Vascular Biomedical Engineering
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v.1
no.1
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pp.24-31
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2003
As endothelial cells are subject to flow shear stress, it is important to determine the detailed velocity distribution in microvessels in the study of mechanical interactions between blood and endothelium. This paper describes a velocity field of the arteriole in the rat mesentery using an intravital microscope and high-speed digital video system obtained by a highly accurate PIV technique. Red blood cells (RBCs) velocity distributions with spatial resolutions of $0.8{\times}0.8{\mu}m$ were obtained even near the wall in the center plane of the arteriole. By making ensemble-averaged time-series of velocity distributions, velocity profiles over different cross-sections were calculated for comparison. The shear rate at the vascular wall also evaluated on the basis of the ensemble-averaged profiles. It was shown that the velocity profiles were blunt in the center region of the vessel cross-section while they were steep in the near wall region. The wall shear rates were significantly small, compared with those estimated from the Poiseuille profiles.
The paper presents quasi-static plane strain FE-simulations of strain localization in reinforced concrete beams without stirrups. The material was modeled with two different isotropic continuum crack models: an elasto-plastic and a damage one. In case of elasto-plasticity, linear Drucker-Prager criterion with a non-associated flow rule was defined in the compressive regime and a Rankine criterion with an associated flow rule was adopted in the tensile regime. In the case of a damage model, the degradation of the material due to micro-cracking was described with a single scalar damage parameter. To ensure the mesh-independence and to capture size effects, both criteria were enhanced in a softening regime by nonlocal terms. Thus, a characteristic length of micro-structure was included. The effect of a characteristic length, reinforcement ratio, bond-slip stiffness, fracture energy and beam size on strain localization was investigated. The numerical results with reinforced concrete beams were quantitatively compared with corresponding laboratory tests by Walraven (1978).
The purpose of this study is to analyze heterogeneous distribution of branch-like structure at downstream region of inner spray. The previous many studies about diesel spray structure have yet stayed in the analysis of 2-D structure, and there are very few of informations which are concerned with 3-D analysis of the structure. The heterogeneous distribution of droplets in inner spray affects the mixture formation of diesel spray, and also the combustion characteristics of the diesel engines. Therefore, in order to investigate 3-D structure of evaporative spray the laser beam of 2-D plane was used in this study. Liquid fuel was injected from a single-hole nozzle (l/d=5) into a constant-volume vessel under high pressure and temperature in order to visualize the spray phenomena. The incident laser beam was offset on the central axis. From the images analysis taken by offset of laser beam, we examine formation mechanism of heterogeneous distribution by vortex flow at the downstream of the diesel spray. As the experimental results, the branch-like structure formed heterogeneous distribution of the droplets consists of high concentration of vapor phase in the periphery of droplets and spray tip of branch-like structure. Also the 3-D spatial structure of the evaporative diesel spray can be verified by images obtained from 2-D measurement methods.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.11
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pp.1540-1548
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2000
Near-wake flow field downstream of a circular cylinder in the wake-transition regime where fine-scale secondary vortices have a spanwise wavelength of around one diameter has been studied by means of phase-averaging from cinematic PIV data. A cross-correlation algorithm in conjunction with the FFT(Fast Fourier Transform)analysis and an offset correlation technique is used for obtaining the velocity vectors. Which the help of very high sampling rate compared to the shedding frequency, it is possible to obtain phase-averaged flow fields although the shedding is not forced but natural. Phase -locked three-dimensional vortical structures are reconstructed form the phase-averaged data in one x-y(cross-sectional) and several z-x(spanwise-streamwise)planes. In this process of phase-averaging in a z-x plane, a technique to freeze the secondary vortices relative to the centerline is applied. The formation process of the secondary vortices is shown by considering spatial relations between the primary Karman and the secondary vortices and their temporal evolutions.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.40
no.3
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pp.214-224
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2004
A large cage system for the purpose of fishes farming in the open sea was influenced by various forces from the ocean environment. The deformation of the cage by these forces affects the safety of the cage itself, as well as that of the cultivated creatures. In this research, theoretical model was established to analyzing dynamic movement influenced by current for cage. Also, to increase the accuracy of calculations, the reduction ratio of flow speed acquired using the flume tank experiment. Applying the reduction ratio of flow speed to the numerical calculation, the calculation values were compared with the measured values in the flume tank experiment using cage model. The results were as follows ; 1. When the flow speed of the flume tank is fixed, the decrease of the velocity of flow which is passed the upper panel side is proportion to the increase of porosity ratio of netting. 2. When the porosity ratio is fixed, the increase of the velocity of flow which is passed the upper panel side is proportion to the increase of velocity of flow. 3. When the porosity ratio and the flow speed of the flume tank are fixed, the decrease of the velocity of flow which is passed the upper panel side is proportion to the increase of attack angle. 4. As a result of comparison between the underwater shape by simulation which is applying the reduction ratio of flow speed from the experiment using plane netting and that by model experiment, it was found out that the result of the simulation was very close to that of model gear within ${\pm}$ 5 % error range.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.35
no.3
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pp.335-342
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1999
The purpose of present research is to develop and efficient numerical method for the calculation of potential flow and predict the wave-making resistance for the application to ship design of tuna purse seiner. Havelock was considered the wave resistance of a post extending vertically downwards through the water from the surface, its section by a horizontal plane being the same at all depths and having its breadth small compared with its length. This enables us to elucidate certain points of interest in ship resistance. However, the ship has not infinite draft. So, the problem which is investigated ind detail in this paper is the wave resistance of a mathematical quadratic model in a uniform stream. The paper deals with the numerical calculation of potential flow around the series 60 with forward velocity by the new slender ship theory. This new slender ship theory is based on the asymptotic expression of the Kelvin-source, distributed over the small matrix at each transverse section so as to satisfy the approximate hull boundary condition due to the assumption of slender body. The numerical results using the panel shift method and finite difference method are compared with the experimental results for wigley mono hull. There are no differences in the wave resistance. However, it costs much time to compute not only wave resistance but also wave pattern over some range of Froude numbers. More improvements are strongly desired in the numerical procedure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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