In the present study, we designed a microfluidic flatform that generates monodisperse droplets with diameters ranging from hundreds of nanometers to several micrometers. To generate fine droplets, T-junction and flow-focusing geometry are integrated into the microfluidic channel. Relatively large aqueous droplets are generated at the upstream T-junction and transported toward the flow-focusing geometry, where each droplet is broken up into the targeted size by the action of viscous stresses. Because the droplet prior to rupture blocks the straight channel that leads to the flow-focusing geometry, it moves very slowly by the pressure difference applied between the advancing and receding regions of the moving droplet. This configuration enables very low flow rate of inner fluid and higher flow rate ratio between inner and outer fluids at the flow-focusing region. It is shown that the present microfluidic device can generate droplets with diameters about 1 micrometer size and standard deviation less than 3%.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.7
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pp.671-677
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2010
In the present study, we designed a microfluidic platform for generating monodisperse droplets with diameters ranging from hundreds of nanometers to several micrometers. To generate fine droplets, T-junction and flow-focusing geometry are integrated into the microfluidic channel. Relatively large aqueous droplets are generated at the upstream T-junction and transported to the flow-focusing geometry, where each droplet is broken into smaller droplets of the desired size by the action of pressure and viscous stress. In this configuration, the flow rate of the inner fluid can be made very low, and the ratio of the inner- and outer-fluid flow rates in the flow-focusing region can be made very high. It has been shown that the present microfluidic device can generate droplets with diameters of approximately $1\;{\mu}m$ (standard deviation: <3%).
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.
Microencapsulation of cells within microfluidic devices enables explicit control of the membrane thickness or cell density, resulting in improved viability of the transplanted cells within an aggressive immune system. In this study, living cells (3T3 and L929 fibroblast cells) are encapsulated within a semi-permeable membrane (calcium crosslinked alginate gel) in two different device designs, a flow focusing and a core-annular flow focusing geometry. These two device designs produce a bead and a long microfibre, respectively. For the alginate bead, an alginate aqueous solution incorporating cells flows through a flow focusing channel and an alginate droplet is formed from the balance of interfacial forces and viscous drag forces resulting from the continuous (oil) phase flowing past the alginate solution. It immediately reacts with an adjacent $CaCl_2$ drop that is extruded into the main flow channel by another flow focusing channel downstream of the site of alginate drop creation. Depending on the flow conditions, monodisperse microbeads of sizes ranging from $50-200\;{\mu}m$ can be produced. In the case of the microfibre, the alginate solution with cells is extruded into a continuous phase of $CaCl_2$ solution. The diameter of alginate fibres produced via this technique can be tightly controlled by changing both flow rates. Cell viability in both forms of alginate encapsulant was confirmed by a LIVE/DEAD cell assay for periods of up to 24 hours post encapsulation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.1
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pp.61-66
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2010
In our previous work, 3-dimensional hydrodynamic focusing microfluidic device (3D-HFMD) has been developed with the help of locally increased aspect ratio of thickness to width without any horizontal separation wall. In this study, we have investigated 3-dimensional hydrodynamic focusing behaviors inside the 3D-HFMD according to the various geometric and flow conditions. The parametric study has been extensively carried out for the effects of geometric and flow conditions on 3-dimensional hydrodynamic focusing with both 3D-HFMD and previous microfluidic device design based on three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulations. The CFD simulations suggested the proper design window of channel geometry and flow conditions.
Shock focusing is related with explosive release of shock wave energy on a narrow spot in a short duration of time triggering a spontaneous high pressure near the focal point. It is well known that reflection of planar incident shock wave from the metallic concave mirror such as ellipsoidal, paraboloidal or hemispherical cavities will focus on a focal point. We intend to improve the computational results using a wave propagation algorithm and to resolve the mushroom-like structure. For computation of the concave cavity flow, it is not easy to use a single-block mesh because of the many singular points in geometry and coordinates. We have employed a uniform Cartesian-grid method for the wave propagation algorithm.
Lee, Y.K.;Gweon, Y.H.;Shin, H.D.;Kim, H.D.;AOKI, T.
Proceedings of the KSME Conference
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2004.04a
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pp.1643-1648
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2004
When a shock wave propagates into a Helmholtz resonator, very complicated wave phenomena are formed both inside and outside the resonator tube. Shock wave reflection, shock focusing phenomena and shock-vortex interactions cause strong pressure fluctuations inside the resonator, consequently leading to powerful sound emission. In the present study, the wave phenomena inside and outside the Helmholtz resonator are, in detail, investigated with a help of CFD. The Mach number of the incident shock wave is varied below 2.0 and several types of resonators are tested to investigate the influence of resonator geometry on the wave phenomena. A TVD scheme is employed to solve the axisymmetric, compressible, Euler equations. The results obtained show that the configuration of the Helmholtz resonator significantly affects the peak pressure of shock wave focusing, its location, the amplitude of the discharged wave and resonance frequency.
Journal of Elementary Mathematics Education in Korea
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v.23
no.4
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pp.437-457
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2019
In this study, we analyzed how the content and achievement criteria of the Geometry domain of Korean elementary school mathematics curriculum have changed. To this end, based on the analysis framework based on the 2015 revised curriculum, the achievement standards for each period were classified into continuous, extinct, and additional types, and their characteristics were examined. In the domain of Geometry, continuous achievement standards accounted for 51% of the total, and there were many achievement standards that remained unchanged in grade and domain. The extinctive achievement standard is 20.4% of the total, and the mathematics contents that were rapidly introduced due to the modernization of mathematics in the 3rd curriculum were eliminated the most from the 4th curriculum, and after the 7th curriculum, With the introduction of staged curriculum and the system of school year group, the contents of learning were either integrated or moved to middle school. The additional achievement standard was 28.6% of the total, and the achievement standard was added the most with the introduction of spatial sensory development in the 7th curriculum. The GAct that the additivel achievement standard is more than the extinction achievement standard in the Geometry domain is the result of the efforts to actively introduce the geometric contents appropriate to the times despite the great flow of curriculum revision of the curriculum reduction. It is hoped that the results of these studies will be used as basic data in the formation of new achievement standards in future curriculum development.
It is important to clarify the characteristics of flow regimes underlying the debris bed formation behavior that might be encountered in core disruptive accidents of sodium-cooled fast reactors. Although in our previous publications, by applying dimensional analysis technique, an empirical model, with its reasonability confirmed over a variety of parametric conditions, has been successfully developed to predict the regime transition and final bed geometry formed, so far this model is restricted to predictions of debris mixtures composed of spherical particles. Focusing on this aspect, in this study a new series of experiments using nonspherical particles have been conducted. Based on the knowledge and data obtained, an extension scheme is suggested with the purpose of extending the base model to cover the particle-shape influence. Through detailed analyses and given our current range of experimental conditions, it is found that, by coupling the base model with this scheme, respectable agreement between experiments and model predictions for the regime transition can be achieved for both spherical and nonspherical particles. Knowledge and evidence from our work might be utilized for the future improvement of design of an in-vessel core catcher as well as the development and verification of sodium-cooled fast reactor severe accident analysis codes in China.
Direct numerical simulation (DNS) dataset of a turbulent boundary layer (TBL) with a step change from smooth to rough surface is analyzed to examine spatially developing flow characteristics. The roughness elements are periodically arranged two-dimensional (2-D) spanwise rods with a streamwise pitch of ${\lambda}=8k$ ($=12{\theta}_{in}$), and the roughness height is $k=15{\theta}_{in}$, where ${\theta}_{in}$ is the inlet momentum thickness. The step change is introduced $80{\theta}_{in}$ downstream from the inlet. For the first time, full images from the DNS data with the step change from the smooth to rough walls is present to get some idea of the geometry of turbulent coherent structures over rough wall, especially focusing on their existence and partial dynamics over the rough wall. The results show predominance of hairpin vortices over the rough wall and their spanwise scale growth mechanism by merging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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