Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.8
s.251
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pp.796-805
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2006
In this study, the problem of using the mixing index as a measure of the mixing performance for a certain flow field has been discussed. The flow model subjected to this study is the two-dimensional unsteady lid-driven cavity flow. The transport equation for the concentration within the cavity was solved by using the finite volume method where the convective terms are discretized with the central difference scheme. It was shown that both the concentration dispersion and the mixing index depend highly on the initial distribution of the concentration, and therefore the mixing index obtained from the concentration dispersion equation loses its universal applicability.
We conducted a numerical study of AC-electroosmotic (alternating current) effect on the fluid flow and mixing in a 3-D microchannel. The microchannel used as an efficient micro-mixer is composed of a channel and a series of pairs of electrodes attached in zigzag pattern on the bottom wall. The AC electric field is applied to the electrodes so that a steady flow current takes place around the electrodes. This current is flowing across the channel and thus contributing to the mixing of the fluid within the channel. We performed numerical simulations by using a commercial code to obtain a steady flow field. This steady flow is then used in evaluation of the mixing performance via the concept of mixing index. It was found that good combination of two kinds of electrode, which gave us a good mixing, is not simple harmonic. And when the length ratio of these two kinds of electrode is 2:1, we can get the best mixing effect.
Since emission regulations for vehicles have become more stringent, SCR technology has drawn a strong attention in order to reduce NOx emissions. Optimal design of a reductant injection nozzle and a multi-hole plate located between the cone and catalyst is critical in that the uniform distribution of reductant is necessary to maximize the NOx conversion efficiency and minimize the slip of reductant in SCR. In this work, an LPG fuel(C3H8 in vapor state) was used as a reductant for LPG vehicles. A Realizable k-$\varepsilon$ model is used for turbulence, and SCR body is defined as porous media with inertia and viscous resistances measured in this work. Effect of the number of nozzle holes on the flow mixing index was analyzed, which revealed that a four hole nozzle shows the best performance in terms of uniformity of flow. An installment of a multi-hole plate at the entrance of catalyst was evaluated with flow mixing index, uniformity of flow, and pressure drop. A multi-hole plate with gradual hole diameter change in three steps showed the best uniformity of flow within the conditions suggested in this work.
In this study a newly designed electro-osmotic micro-mixer is proposed. This study is composed of a channel and metal electrodes attached locally on the side wall surface ultimately to control the mixing effect. To obtain the flow patterns, numerical computation was performed by using a commercial code, CFD-ACE. The fluid-flow solutions are the cast into studying the characteristics of stirring in terms of the mixing index. It was shown that the local control of the electric potential can indeed contribute to the enhancement of mixing effect.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.2
s.233
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pp.232-238
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2005
The 'Mixing Index($D_I$)' is used as a conventional guidance measuring the degree of mixing for multiphase flows. For the case when insoluble solutions flow in a passive micromixer, a new method to calculate $D_I$ is proposed. The 'Vortex Index(${\Omega}_I$)' is suggested and formulated. We infer that ${\Omega}_I$ relates to the degree of chaotic advection. Various arbitrary shaped microchannels were tested to calculate the $D_I\;and\;{\Omega}_I$, and then a simple algebraic equation, $D_I=Aexp(B{\Omega}_I)$, is obtained. This equation may be used instead of the conventional partial differential equation, concentration equation, to estimate the degree of mixing.
This paper presents a numerical study to enhance the mixing of polyurethane resin in a container. In general, the properties of polyurethane resin vary with the production environment, such as temperature. However in this study we assumed that the dynamic viscosity of the polyurethane is kept constant at 15 [Pa s]. We computed the flow solution and visualized the mixing pattern for different shapes of mixers by using commercial code, ANSYS CFX. In order to quantify mixing, we employed the concept of mixing index by volume integration.
In this study a newly designed and electro-osmotic micro-mixer is proposed. This design is comprised of a channel and metal electrodes attached in the local side wall surface, To investigate the flow patterns a numerical method is employed. To obtain the flow patterns numerical computation are performed by using a commercial code, CFD-ACE. The fluid-flow solutions are then cast into studying the characteristics of stirring with aid the Mixing index. Focus is given the effect on the electro osmotic flow characteristics under the curvature variation in the microchannel with the local of the electric field
The mixing method of water and chemicals is significant in a small-scale water supply system because drinking water should be supplied with a certain quantity of remaining chemicals maintained. In the present study, the concentration distribution and the mixing index were obtained from four models, which were to find out the optimal mixing method of water and chemicals. The two models brought the good mixing effects out of the four, one for providing chemicals from the center of water supply pipe and the other for setting up the semicircle block at the downstream of the chemicals-providing pipe. As a result, the mixing effect was found out to be increased due to the diffusion and the disturbance of flows. In conclusion, these results are expected to contribute to designing the optimal mixing system.
We numerically analyzed flow characteristics of the polymer melt in the screw equipment using a proper modeling and investigated design parameters which have influence on the mixing performance as the capability of the screw equipment. We considered the non-Newtonian and non-isothermal flow in a single rotor equipment to investigate the mixing performance with respect to screw dimensions as shape parameter of the single rotor equipment and screw speed as process parameter. We used Bird-Carreau-Yasuda model as a viscous model of the polymer melt and the particle tracking method to investigate the mixing performance in the screw equipment and considered four mixing performance indexes: residence time distribution, deformation rate, total strain and particle standard deviation as a new mixing performance index. We compared these indexes to determine design parameters and object function. On basis of the analysis results, we carried out the optimal design by using the response surface method and design of experiments. In conclusion, the differences of results between the optimal value and numerical analysis are about 5.0%.
The quality of chaotic mixing in three-dimensional micro channel flow has been numerically studied using Fractional-step method (FSM) and particle tracking techniques such as $Poincar{\acute{e}}$ section and Lyapunov exponents. The flow was driven by pressure distribution and the chaotic mixing was generated by applying alternating current to electrodes embedded on the bottom wall at a first half period and on the top wall at a second half period. The equations governing the velocity and concentration distributions were solved using FSM based on Finite Volume approach. Results showed that the mixing quality depended significantly on the modulation period. The modulation period for the best mixing performance was determined based on the mixing index for various initial conditions of concentration distribution. The optimal values of modulation period obtained by the particle tracking techniques were compared with those from the solution of concentration distribution equation using FSM and CFX software and the comparison showed their good match.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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