Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.4
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pp.313-319
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2007
The effect of capillary cross-section geometry on evaporation is investigated in terms of the meniscus shape, evaporation rate and evaporation-induced flow for circular, square and rectangular cross-sectional capillaries. The shapes of water and ethanol menisci are not much different from each other in square and rectangular capillaries even though the surface tension of water is much larger than that of ethanol. On the other hand, the shapes of water and ethanol menisci are very different from each other in circular capillary. The averaged evaporation fluxes in circular and rectangular capillaries are measured by tracking the meniscus position. At a given position, the averaged evaporation flux in rectangular capillaries is much larger than that in circular capillary with comparable hydraulic diameter. The flow near the evaporating meniscus is also measured using micro-PIV, so that the rotating vortex motion is observed near the evaporating ethanol and methanol menisci except for the case of methanol meniscus in rectangular capillary. This difference is considered to be due to the existence of corner menisci at the four comers.
An experimental study has been conducted to quantitatively characterize the motion of neutrally buoyant particles in 2-dimensional Poiseuille flow through the micron-sized circular capillaries in the range of Re (Reynolds number) $\approx0.1\sim100$. $A{\mu}-PTV$ (Particle Tracking Velocimetry) system is adopted, which consists of a double-headed Nd:YAG laser, an epi-fluorescence microscope and a cooled CCD camera. Since high shear rate can be induced due to the scale effect even at low Re, it is shown that in micro scale neutrally buoyant particles in Poiseuille flow drift away from the wall and away from the center of the capillary. Consequently, particles accumulate at the equilibrium position of $0.52\sim0.64R$ with R being the radius of the capillary, which is analogous to that of tube flow in macro scale. There is a plateau in equilibrium position at small Re, while equilibrium position starts increasing at $Re\approx30$. The outermost edge of particle cluster is closer to the center of the capillary than that in previous studies due to low Re effect. The present study quantitatively presents characteristics of particle motion in circular capillaries. Furthermore, it is expected to give optimum factors for designing microfluidic systems that are to be used fur plasma separation from the blood.
Hydrodynamic focusing technique to generate focused flow has been used for flow cytometry in microfluidic devices. However, devices with circular capillary tubes made of glass are not suitable for flow visualization or optical signal detection because the rays of light are distorted at the curved interface. We devised a new acrylic chamber assembled with a pulled micropipette and a rectangular microchannel made of glass. This new channel geometry enabled us to visualize the three-dimensional (3D) flow characteristics with confocal imaging technique. We analyzed the 3D hydrodynamic focusing in a circular capillary tube and a rectangular microchannel over a practical range of flow rates, viscosities and pressure drops.
Cho, Yun Kyoung;Song, Young Seok;Kang, Tae Jin;Chung, Kwansoo;Youn, Jae Ryoun
Fibers and Polymers
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v.4
no.3
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pp.135-144
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2003
Permeability of the preform is one of key factors in design of RTM (Resin Transfer Molding) mold, determination of processing conditions, and modeling of flow in the mold. According to previous studies, permeability measured in the unsaturated fiber mats are higher than that in the saturated fiber mats by about 20% because of the capillary pressure. In this study, permeabilities of several fiber preforms are measured for both saturated and unsaturated flows. A saturated experiment of radial flow has been adopted to measure the permeability of anisotropic fiber preforms with high fiber content, i.e., circular braided preforms. In this method, four pressure transducers are used to measure the pressure distribution. Permeabilities in different directions are determined and the experimental results show a good agreement with the theory. Since permeability is affected by the capillary effect, permeability should be measured in the unsaturated condition for the textile composites to be manufactured under lower pressure as in the Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM).
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.1
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pp.15-21
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2013
In this paper, a high-speed imaging and an image processing technique have been applied to detect the position of a meniscus as a function of time in the micro capillary flows. Two fluids with low and high viscosities, ethylene glycol and glycerin, were dropped into the entrance well of a circular capillary tube. The filling times of the meniscus in both cases of ethylene glycol and glycerin were compared with the theoretical models - Washburn model and its modified model based on Newman's dynamic contact angle equation. To evaluate the model coefficients of Newman's dynamic contact angle, time-varying contact angles under the capillary flows were measured using an image processing technique. By considering the dynamic contact angle, the estimated filling time from the modified Washburn model agrees well with the experimental data. Especially, for the lower-viscosity fluid, the consideration of dynamic contact angle is more significant than for the higher-viscosity fluid.
Sohn, Young-Soo;Anslyn, Eric V.;McDevitt, John T.;Shera, Jason B.;Neikirk, Dean P.
Journal of Sensor Science and Technology
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v.13
no.5
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pp.378-382
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2004
A micromachined fluidic structure for the introduction of liquid samples into a chip-based sensor array composed of individually addressable polymeric microbeads has been developed. The structure consists of a separately attached cover glass, a single silicon chip having micromachined channels and microbead storage cavities, and a glass carver. In our sensor array, transduction occurs via colorimetric and fluorescence changes to receptors and indicator molecules that are covalently attached to termination sites on the polymeric microbeads. Data streams are acquired for each of the individual microbeads using a CCD. One of the key parts of the structure is a passive fluid introduction system driven only by capillary force. The velocity of penetration of a horizontal capillary for the device having a rectangular cross section has been derived, and it is quite similar to the Washburn Equation calculated for a pipe with a circular cross section having uniform radius. The test results show that this system is useful in a ${\mu}$-TAS and biomedical applications.
Low Reynolds number, dilute, and surfactant-free bubble suspensions are prepared by mechanical mixing after introducing carbon dioxide bubbles into a Newtonian liquid, polyol. The apparent shear viscosity is measured with a wide-gap parallel plate rheometer by imposing a simple shear flow of capillary numbers(Ca) of the order of $10^{-2}$ ~ $10^{-1}$ and for various gas volume fractions ($\phi$). Effects of capillary numbers and gas volume fractions on the viscosity of polyol foam are investigated. At high capillary number, viscosity of the suspension increases as the gas volume fraction increases, while at low capillary number, the viscosity decreases as the gas volume fraction increases. An empirical constitutive equation that is similar to the Frankel and Acrivos equation is proposed by fitting experimental data. A numerical simulation for deformation of a single bubble suspended in a Newtonian fluid is conducted by using a newly developed two-dimensional numerical code using a finite volume method (FVM). Although the bubble is treated by a circular cylinder in the two dimensional analysis, numerical results are in good agreement with experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.11
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pp.755-759
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2016
The use of heat pipes in the electronic telecommunication field is increasing. Among the various types of heat pipes, the thin flat heat pipe has relatively high applicability compared with the circular heat pipe in the electronic packaging application. The thin flat heat pipe based on extrusion fabrication has a simple capillary wick structure consisting of rectangular cross sectional grooves on the inner wall of the pipe. Although the groove serves as a simple capillary wick, and many such grooves are provided on the inner wall, it is difficult for the grooves to realize a sufficiently high capillary force. In the present study, a thin flat heat pipe with a wire bundle was developed to overcome the drawback of poor capillary force in the thin flat heat pipe with grooves, and was evaluated by conducting tests. In the performance test, the thin flat heat pipe with the wire bundle showed a lower thermal resistance of approximately 3.4 times, and a higher heat transfer rate of approximately 3.8 times with respect to the thin flat heat pipe with grooves as the capillary wick respectively. The possibility of using the wire bundle as a capillary wick in the heat pipe was validated in the present study; further study for commercializing this concept will be taken up in the future.
In this paper we study steady capillary-gravity waves in a two-layer fluid bounded above by a free surface and below by a horizontal rigid boundary with a small obstruction, Two critical speeds for the waves are obtained. Near the smaller critical speed, the derivation of the usual forced KdV equation (FKdV) fails when the coefficient of the nonlinear term in the FKdV vanishes. To overcome this difficulty, a new equation called a forced extended KdV equation (FEKdV) governing interfacial wave forms is obtained by a refined asymptotic method. Various solutions and numerical results of this equation are presented.
원관에서 power-law 유체에 대하여 수력학적 입구길이와 입구보정계수를 측정할수 있는 새로운 방법이 개발되었다. 유변학적 성질을 측정할수 있는 긴관과 입구보정계수를 측 정할수 있는 짧은 관을 가진 새로운 모세관 점도계를 이용하여 증류수를 실험한 결과 유변 학적 성질과 입구 보정계수가 표준값과 비교하여 1%안의 오차를 얻었다. Power-law 유체 에 대한 해석 및 실험결과(Carbopol 960 용액)도 이미 보고된 값과 $\pm$6% 이내로 잘 일치하 였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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