International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.1
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pp.57-65
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2016
By high speed Liquid Droplet Impingement (LDI) on material, fluid systems are seriously damaged, therefore, it is important for the solution of the erosion problem of fluid systems to consider the effect of material in LDI. In this study, by using an in-house fluid/material two-way coupled method which considers reflection and transmission of pressure, stress and velocity on the fluid/material interface, high-speed LDI on wet/dry material surface is simulated. As a result, in the case of LDI on wet surface, maximum equivalent stress are less than those of dry surface due to damping effect of liquid film. Empirical formula of the damping effect function is formulated with the fluid factors of LDI, which are impingement velocity, droplet diameter and thickness of liquid film on material surface.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.11
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pp.1119-1125
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2009
The coupled fluid-structure interaction problem is analyzed using the theoretical method to investigate the coupled vibration characteristics of functionally graded material(FGM) cylindrical shells conveying an incompressible, inviscid fluid. Material properties are assumed to vary continuously through the thickness according to a power law distribution in terms of the volume fraction of the constituents. The steady flow of fluid is described by the classical potential flow theory. The motion of shell 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 taken into consideration 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 exiting results.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1997.04a
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pp.95-98
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1997
Theoritical predictions are given of the time dependence of charged particle densities and electric field in a pseudospark discharge. Our medel is based on a numerical solution of the continuity equation for electrons and positive ions and coupled with Poisson's equation for the electric field. From numerical results, we can identify phisical mechanisms that lead to the rapid rise in current in the onset of a pseudospark discharge.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.8
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pp.969-977
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1999
A similarity solution of a steady laminar flow of micropolar fluids past wedges has been studied. The similarity variables found by Falkner and Skan are employed to reduce the streamwise-dependence in the coupled nonlinear boundary layer equations. Numerical solutions of the equations are then obtained using the fourth-order Runge-Kutta method and the distribution of velocity, micro-rotation, shear and couple stress across the boundary layer are obtained. These results are compared with the corresponding flow problems for Newtonian fluid past wedges with various wedge angles. Numerical results show that, keeping ${\beta}$ constant, the skin friction coefficient is lower for a micropolar fluid, as compared to a Newtonian fluid. For the case of constant material parameter K, however, the velocity distribution for a micropolar fluid is higher than that of a Newtonian fluid.
The laminar boundary layer flow and heat transfer of anisotropic fluids in the vicinity of a wedge have been examined with constant surface temperature. The similarity variables found by Falkner and Skan are employed to reduce the stream wise-dependence in the coupled nonlinear boundary layer equations. The numerical solutions are presented using the fourth-order Runge - Kutta method and the distribution of velocity, micro-rotation, shear and couple stresses and temperature across the boundary layer are plotted. These results are also compared with the corresponding flow problems for Newtonian fluid over wedges. It is found that for a constant wedge angle, the skin friction coefficient is lower for micropolar fluid, as compared to Newtonian fluid. For the case of the constant material parameter K, however, the magnitude of velocity for anisotropic fluid is greater than that of Newtonian fluid. The numerical results also show that for a constant wedge angle with a given Prandtl number, Pr = I, the effect of increasing values of K results in increasing thermal boundary layer thickness for anisotropic fluid, as compared with Newtonian fluid. For the case of the constant material parameter K, however, the heat transfer rate for anisotropic fluid is lower than that of Newtonian fluid.
Ha, Yoon-Do;Kim, Min-Geun;Cho, Hyun-Gyu;Cho, Seon-Ho
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.2
s.152
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pp.130-138
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2007
A coupled variational equation for fluid-structure interaction (FSI) problems is derived from a steady state Navier-Stokes equation for incompressible Newtonian fluid and an equilibrium equation for geometrically nonlinear structures. For a fully coupled FSI formulation, between fluid and structures, a traction continuity condition is considered at interfaces where a no-slip condition is imposed. Under total Lagrange formulation in the structural domain, finite rotations are well described by using the second Piola-Kirchhoff stress and Green-Lagrange strain tensors. An adjoint shape design sensitivity analysis (DSA) method based on material derivative approach is applied to the FSI problem to develop a shape design optimization method. Demonstrating some numerical examples, the accuracy and efficiency of the developed DSA method is verified in comparison with finite difference sensitivity. Also, for the FSI problems, a shape design optimization is performed to obtain a maximal stiffness structure satisfying an allowable volume constraint.
The characteristics of thermal boundary layer flow of a micropolar fluid in the vicinity of a wedge has been studied with constant surface temperature. The similarity variables found by Falkner and Skan are employed to reduce the streamwise-dependence in the coupled nonlinear boundary layer equations. Numerical solutions are presented for the heat transfer characteristics with Pr=1 using the fourth-order Runge-Kutta method and their dependence on the material parameters is discussed. The distributions of dimensionless temperature and Nusselt number across the boundary layer are compared with the corresponding flow problems for a Newtonian fluid over wedges. Numerical results show that for a constant wedge angle with a given Prandtl number, Pr=1, the effect of increasing values of K results in an increasing thermal boundary thickness for a micropolar fluid, as compared with a Newtonian fluid. For the case of the constant material parameter K, however, the heat transfer rate for a micropolar fluid is lower than that of a Newtonian fluid.
Snowdrift formation on roofs should be considered in snowy and windy areas to ensure the safety of buildings. Presently, the prediction of snowdrifts on roofs relies heavily on field measurements, wind tunnel tests and numerical simulations. In this paper, a new snowdrift modeling method by using CFD (Computational Fluid Dynamics) coupled with DEM (Discrete Element Method) is presented, including material parameters and particle size, collision parameters, particle numbers and input modes, boundary conditions of CFD, simulation time and inlet velocity, and coupling calculation process. Not only is the two-way coupling between wind and snow particles which includes the transient changes in snow surface topography, but also the cohesion and collision between snow particles are taken into account. The numerical method is applied to simulate the snowdrift on a typical stepped flat roof. The feasibility of using coupled CFD with DEM to study snowdrift is verified by comparing the simulation results with field measurement results on the snow depth distribution of the lower roof.
Fakhar, Mohammad Hosein;Fakhar, Ahmad;Tabatabaei, Hamidreza
Steel and Composite Structures
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v.30
no.3
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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.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.5
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pp.2628-2634
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2014
Vehicle washer heater system is more widely adopted to defrost a window or to clear the windshield glass in winter season. The washer heater system should be designed to heat up washer fluid rapidly to the target temperature for only a short time. A numerical analysis has been carried out to analyze the heat transfer characteristics with materials of inside parts in vehicle washer heater system with filler and flow path. ANSYS - FLUENT software is employed for the analysis. The axial symmetry model is three-dimensional and unsteady. It applies to the coupled method which is one of pressure based. Through this result, it was obtained to find the optimal material condition for the filler and flow path in washer system. For material of filler, the air with lower density was heated more rapidly rather than silicon carbide(SiC). For material of flow path, copper with the heat transfer coefficient of approximately four times greater than the nickel gives us higher efficiency. That is the reason why the heating time of methanol was reduced to make uniform temperature in washer heater system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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