In micro-channels, the electro-viscous effect is caused by the electrical double layer on pressure-driven liquid flow. Velocity fields of flow inside micro-channels were measured using micro-PIV system for investigating the electro-viscous effect. De-ionized water and aqueous NaCl solutions with four different concentrations were used as working fluid in a PDMS micro-channel of $100{\mu}m$ width and $66{\mu}m$ height. The pressure gradient, dP/dx, was determined from the pre-determined input flow rate Q of syringe pump. The mean velocity $u_m$ used for calculating Reynolds number was obtained from the PIV velocity field data. These are used to plot the pressure gradient as a function of Reynolds numbers. The pressure gradient far lower concentration solution $(10^{-5}\;M)$ was higher than that for the higher concentration solution. The increase of flow resistance was about $30\%\;and\;37.5\%$ at Re=0.02 and 0.06, respectively.
Electro-osmotic flow in a PDMS microchannel of $66{\mu}m\;\times\;200{\mu}m\;\times\;3cm$ has been investigated using a micro PIV system. The field of view was $1056{\mu}m\;\times\;200{\mu}m$ and instantaneous velocity fields were obtained using two-frame cross-correlation method with $64\;\times\;64\;pixels^2$ interrogation window. In this study, we focused on the effect of applied electric field on the variation of internal flow with varying the electric field and seeding particles. The electro-osmotic flow shows a flat velocity profile and the mean velocity is proportional to the applied electric field.
Nanoimprint lithography (NIL) is an emerging technology enabling cost effective and high throughput nanofabrication. To successfully imprint a nanometer scale patterns, the understanding of the mechanism in nanoimprint forming is essential. In this paper, a numerical analysis of polymer flow in thermal NIL was performed. First, a finite element model of the periodic mold structure with prescribed boundary conditions was established. Then, the volume of fluid (VOF) and grid deformation method were utilized to calculate the free surfaces of the polymer flow based on an Eulerian grid system. From the simulation, the velocity fields and the imprinting pressure for constant imprinting velocity in thermal NIL were obtained. The velocity field is significant because it can directly describe the mode of the polymer deformation, which is the key role to determine the mechanism of nanoimprint forming. Effects of different mold shapes and various thicknesses of polymer resist were also investigated.
Horizontally polarized shear waves (SH) have numerous applications in various scientific, engineering, and medical fields. The study deals with an investigation of SH-waves in a thin microstructural plate. The plate has been mathematically modelled by employing size dependent consistent couple stress theory, which involves a length parameter, known as characteristic length. Characteristic length is assumed to be of the order of internal microstructures of the material. Dispersion relations have been calculated for the propagation of SH-waves using different set of boundary conditions. Group velocity of the SH-waves has been calculated by using an analytical approach. The mathematical results obtained in the problem are discussed in detail and the impacts of characteristic length parameter and thickness of plate are presented on phase velocity of SH-waves through graphical illustrations.
International journal of advanced smart convergence
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v.13
no.2
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pp.103-109
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2024
A nonlinear numerical analysis of orientation and velocity fields of the full Ericksen-Leslie theory for a nematic liquid crystal under shear flow is given. We obtained for the first time the three-dimensional orientation and two component velocity profiles evolutions for both in- and out-of-shear plane orientation anchorings. Complex evolution routes to steady state were found even for shear aligning nematic. As the Ericksen number increases monotonic evolution of velocity and orientation shifts towards multi-region nucleating director rotation growth with complex secondary flow generations. We found that contrary to the in-shear-plane anchorings like homeotropic or parallel anchorings, binormal anchoring gives rise to substantial non-planar three-dimensional orientation with nonzero secondary flow.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.9
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pp.1201-1208
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2002
A numerical flow-field analysis is performed to investigate flow configurations in the anode, cathode and cooling channels on the bipolar plates of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). Continuous open-faced flow channels are formed on the bipolar plate surface to supply hydrogen, air and water. In this analysis, two types of channel pattern are considered: serpentine and spiral. The averaged pressure distribution and velocity profiles of the hydrogen, air and water channels are calculated by two-dimensional flow-field analysis. The equations for the conservation of mass and momentum in the two-dimensional fluid flow analysis are slightly modified to include the characteristics of the PEMFC. The analysis results indicate that the serpentine flow-fields are locally unstable (because two channels are cross at right angles). The spiral flow-fields has more stable than the serpentine, due to rotational fluid-flow inertia forces. From this study, the spiral channel pattern is suggested for a channel pattern of the bipolar plate of the PEMFC to obtain better performance.
Mean velocities and turbulent characteristics in the three-dimensional flow fields of a gun-type gas burner were measured by using triple hot-wire probe (T-probe) in order to compare them with the results already presented by X-type hot-wire probe (X-probe). Vectors obtained by the measurement of two kinds of probes in the horizontal plane and in the cross section respectively show more or less difference in magnitude each other, but comparatively similar shape in overall distribution. Axial mean velocity component along the centerline shows that the value by T-probe is about ten times smaller than that by X-probe above the range of X/R=3. Also, the axial component of turbulent intensity along the centerline appears the biggest difference between the two probes. Moreover, axial mean velocity component, axial turbulent intensity component and rotational along the Y-directional distance show a big difference between slits and swirl vanes. On the whole, the values by T-probe appear smaller than those by X-probe.
A cross-flow fan is generally used on the region within the low static pressure difference and the high flow rate. It relatively makes high dynamic pressure at low rotating speed because a working fluid passes through an impeller blade twice and blades have a forward curved shape. At off-design points, there are a rapid pressure head reduction, a noise increase and an unsteady flow. Those phenomena are remarkably influenced by the setting angle of a stabilizer. Therefore, it should be considered how the setting angle of a stabilizer affects on the performance and the flow fields of a cross-flow fan. It is also required to investigate the effect of the volumetric flow rate before occurring stall. Two-dimensional, unsteady governing equations are solved using a commercial code, STAR-CD, which uses FVM. PISO algorithm, sliding grid system and standard k - ε turbulence model are also adopted. Pressure and velocity profiles with various setting angles are graphically depicted. Furthermore, the meridional velocity profiles around the impeller are plotted with different flow rates for a given rotating speed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.5
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pp.1340-1350
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1995
The effects of thermal stratification on the flow past a heated circular cylinder with various heating rates were examined in a wind tunnel. Turbulent intensities, r.m.s.values of temperature and turbulent convective heat flux distributions in the cylinder wakes with and without thermal stratification were measured by using a hot-wire and cold-wire combination probe. The phase averaging method was also used to estimate coherent contributions to the turbulent flow field in the near wake. The results show that the scalar mixing process is very different according to the mean temperature fields especially in the upper part of the wake. The coherent structure of the temperature field makes a large contribution to the time mean value like velocity components. However, the coherency of the temperature fluctuation is very different with the change of mean temperature fields, though the velocity coherent motions are quite similar in all experimental conditions.
The effects of free surface on wake behind a rotating propeller were investigated experimentally in a circulating water channel with the variation of water depth. Instantaneous velocity fields were measured using two-frame PIV technique at tow different blade phases and ensemble-averaged to investigate the phase-averaged flow structure in the wake region. For an isolated propeller, the flow behind the propeller is influenced by the propeller rotation and the free surface. The phase-averaged mean velocity fields show that the potential wake and the viscous wake are formed by the boundary layers developed on the blade surfaces. The interaction between the tip vortices and the slipstream causes the oscillating trajectory of tip vortices. Tip vortices are generated periodically and the slipstream contracts in the near-wake region. The presence of free surface affects the wake structure largely, when the water depth is less than 0.6D. The free surface modifies the vortex structure, especially the tip and trailing vortices and flow structure in slipstreams of the propeller wake behind X/D = 0.3.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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