This paper deal with the critical fluid velocity response of nanocomposite pipe conveying fluid based on numerical method. The pressure of fluid is obtained based on perturbation method. The motion equations are derived based on classical shell theory, energy method and Hamilton's principle. The shell is reinforced by nanoparticles and the distribution of them are functionally graded (FG). The mixture rule is applied for obtaining the equivalent material properties of the structure. Differential quadrature method (DQM) is utilized for solution of the motion equations in order to obtain the critical fluid velocity. The effects of different parameters such asCNT nanoparticles volume percent, boundary conditions, thickness to radius ratios, length to radius ratios and internal fluid are presented on the critical fluid velocity response structure. The results show that with increasing the CNT nanoparticles, the critical fluid velocity is increased. In addition, FGX distribution of nanoparticles is the best choice for reinforcement.
In this paper, critical fluid velocity and frequency of laminated pipe conveying fluid are presented. Each layer of the pipe is reinforced by functionally graded carbon nanotubes (FG-CNTs). The internal fluid is assumed turbulent and the induced forces are calculated by momentum equations. The pipe is resting on viscoelastic foundation with spring, shear and damping constants. The motion equations are derived based on classical shell theory and energy method. Differential quadrature method (DQM) is used for solution and obtaining the critical fluid velocity. The effects of volume percent and distribution of CNT, boundary condition, lamina layer number, length to radius ration of pipe, viscoelastic medium and fluid velocity are shown on the critical fluid velocity. Results show that with increasing the lamina layer number, the critical fluid velocity increases.
In this study, vibration and stability of concrete pipes reinforced with carbon nanotubes (CNTs) conveying fluid are presented. Due to the existence of CNTs, the structure is subjected to magnetic field. The radial fore induced with fluid is calculated using Navier-Stokes equations. Characteristics of the equivalent composite are determined using Mori-Tanaka model. The concrete pipe is simulated with classical cylindrical shell model. Employing energy method and Hamilton's principal, the motion equations are derived. Frequency and critical fluid velocity of structure are obtained analytically based on Navier method for simply supported boundary conditions at both ends of the pipe. The effects of fluid, volume percent of CNTs, magnetic field and geometrical parameters are shown on the frequency and critical fluid velocity of system. Results show that with increasing volume percent of CNTs, the frequency and critical fluid velocity of concrete pipe are increased.
Fakhar, Mohammad Hosein;Fakhar, Ahmad;Tabatabaei, Hamidreza
Steel and Composite Structures
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제30권3호
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pp.281-292
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2019
In this paper, analysis of critical fluid velocity and heat transfer in the nanocomposite pipes conveying nanofluid is presented. The pipe is reinforced by carbon nanotubes (CNTs) and the fluid is mixed by $AL_2O_3$ nanoparticles. The material properties of the nanocomposite pipe and nanofluid are considered temperature-dependent and the structure is subjected to magnetic field. The forces of fluid viscosity and turbulent pressure are obtained using momentum equations of fluid. Based on energy balance, the convection of inner and outer fluids, conduction of pipe and heat generation are considered. For mathematical modeling of the nanocomposite pipes, the first order shear deformation theory (FSDT) and energy method are used. Utilizing the Lagrange method, the coupled pipe-nanofluid motion equations are derived. Applying a semi-analytical method, the motion equations are solved for obtaining the critical fluid velocity and critical Reynolds and Nusselt numbers. The effects of CNTs volume percent, $AL_2O_3$ nanoparticles volume percent, length to radius ratio of the pipe and shell surface roughness were shown on the critical fluid velocity, critical Reynolds and Nusselt numbers. The results are validated with other published work which shows the accuracy of obtained results of this work. Numerical results indicate that for heat generation of $Q=10MW/m^3$, adding 6% $AL_2O_3$ nanoparticles to the fluid increases 20% the critical fluid velocity and 15% the Nusselt number which can be useful for heat exchangers.
Keikha, Reza;Heidari, Ali;Hosseinabadi, Hamidreza;Haghighi, Mohammad Salkhordeh
Computers and Concrete
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제22권2호
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pp.161-166
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2018
This paper deals with the instability analysis of concrete pipes conveying viscous fluid-nanoparticle mixture. The fluid is mixed by $AL_2O_3$ nanoparticles where the effective material properties of fluid are obtained by mixture rule. The applied force by the internal fluid is calculated by Navier-Stokes equation. The structure is simulated by classical cylindrical shell theory and using energy method and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Based on Navier method, the critical fluid velocity of the structure is calculated and the effects of different parameters such as fluid velocity, volume percent of nanoparticle in fluid and geometrical parameters of the pipe are considered. The results present that with increasing the volume percent of nanoparticle in fluid, the critical fluid velocity increase.
Nonlinear vibration and instability of cylindrical shell conveying fluid-nanoparticles mixture flow are studied in this article. The surrounding elastic medium is modeled by Pasternak foundation. Mixture rule is used for obtaining the effective viscosity and density of the fluid-nanoparticles mixture flow. The material properties of the elastic medium and cylindrical shell are assumed temperature-dependent. Employing first order shear deformation theory (FSDT), the motion equations are derived using energy method and Hamilton's principal. Differential quadrature method (DQM) is used for obtaining the frequency and critical fluid velocity. The effects of different parameters such as volume percent of nanoparticles, boundary conditions, geometrical parameters of cylindrical shell, temperature change, elastic foundation and fluid velocity are shown on the frequency and critical fluid velocity of the structure. Results show that with increasing volume percent of nanoparticles in the fluid, the frequency and critical fluid velocity will be increases.
In this paper the vibration system is consisted of a rotating cantilever pipe conveying fluid and tip mass. The equation of motion is derived by using the Lagrange's equation. The system of pipe conveying fluid becomes unstable by flutter. Therefore, the influence of a rotating angular velocity, mass ratio, the velocity of fluid flow and tip mass on the stability of a cantilever pipe by the numerical method are studied. The critical flow velocity for flutter is proportional to the angular velocity and tip mass of the cantilever pipe. Also, the critical flow velocity and stability maps of the pipe system are obtained by changing the mass ratios.
In this study, nonlinear vibration and stability of a polymeric pipe reinforced by single-walled carbon naotubes (SWCNTs) conveying fluid-nanoparticles mixture flow is investigated. The Characteristics of the equivalent composite are determined using Mori-Tanaka model considering agglomeration effects. The surrounding elastic medium is simulated by orthotropic visco-Pasternak medium. Employing nonlinear strains-displacements, stress-strain energy method the governing equations were derived using Hamilton's principal. Differential quadrature method (DQM) is used for obtaining the frequency and critical fluid velocity. The influence of volume percent of SWCNTs, agglomeration, geometrical parameters of pipe, viscoelastic foundation and fluid velocity are shown on the frequency and critical fluid velocity of pipe. Results showed the increasing volume percent of SWCNTs leads to higher frequency and critical fluid velocity.
It is well known that the natural frequencies of the pipe come to be lower as internal fluid velocity and pressure increase, and the pipe will be unstable if the fluid velocity is higher than critical velocity. But even if the velocity of the fluid below the critical velocity, resonance will be caused by pulsation of the fluid. So it should be also taken into consideration that the effect of pulsating fluid in pipe design. The research of the piping system vibration due to a fluid pulsation has been studied by many people. But almost is dealt with determining the boundary between stable and unstable region without analyzing forced response in the stable region. In this study, not only stability analysis but also forced response analysis, which is caused by harmonically excited fluid especially, is conducted.
The critical fluid velocity of cantilevered cylindrical shells subjected to internal fluid flow is investigated in this study. The fluid-structure interaction is considered in the analysis. The cantilevered cylindrical shell is supported intermediately at an arbitrary axial position. The intermediate support is simulated by two types of artificial springs: translational and rotational spring. It is assumed that the artificial springs are placed continuously and uniformly on the middle surface of an intermediate support along the circumferential direction. The steady flow of fluid is described by the classical potential flow theory. The motion of shell is represented by the first order shear deformation theory (FSDT) to account for rotary inertia and transverse shear strains. The effect of internal fluid can be considered by imposing a relation between the fluid pressure and the radial displacement of the structure at the interface. Numerical examples are presented and compared with existing results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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