Blood flow simulations in an realistic carotid bifurcation model with considering wall compliance were carried out to investigate the effect of wall elasticity on the wall shear stress and wall solid stress. Canonical waveforms of flow rates and pressure in carotid arteries were imposed for boundary conditions. Compared to a rigid wall model, we found an increased recirculation region at the carotid bulb and an overall reduction of wall shear stress in a compliant model. Additionally, there was appreciable change of flow rate and pressure wave in longitudinal direction. Both solid and wall shear stress concentration occur at the bifurcation apex.
Di Paolo, Jose;Insfran, Jordan F.;Fries, Exequiel R.;Campana, Diego M.;Berli, Marcelo E.;Ubal, Sebastian
Advances in biomechanics and applications
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v.1
no.2
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pp.127-141
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2014
A preliminary study of a new pulsatile pump that will work to a frequency greater than 1 Hz, is presented. The fluid-structure interaction between a Newtonian blood flow and a piston drive that moves with periodic speed is simulated. The mechanism is of double effect and has four valves, two at the input flow and two at the output flow; the valves are simulated with specified velocity of closing and reopening. The simulation is made with finite elements software named COMSOL Multiphysics 3.3 to resolve the flow in a preliminary planar configuration. The geometry is 2D to determine areas of high speeds and high shear stresses that can cause hemolysis and platelet aggregation. The opening and closing valves are modelled by solid structure interacting with flow, the rhythmic opening and closing are synchronized with the piston harmonic movement. The boundary conditions at the input and output areas are only normal traction with reference pressure. On the other hand, the fluid structure interactions are manifested due to the non-slip boundary conditions over the piston moving surfaces, moving valve contours and fix pump walls. The non-physiologic frequency pulsatile pump, from the viewpoint of fluid flow analysis, is predicted feasible and with characteristic of low hemolysis and low thrombogenesis, because the stress tension and resident time are smaller than the limit and the vortices are destroyed for the periodic flow.
An automobile engine has the Positive Crankcase Ventilation system (PCV system) for preventing air pollution as the environmental problem is important In this system, a PCV valve is the most important component to control the flow rate of Blowby gas which is generated by various engine powers. But, in the working place, the design of a PCV valve is very difficult because of interaction between fluid and solid motions. In this study, we investigated fluid flow characteristics using re-meshing method of a CFD technique to simulate spool behavior. As the results, a spool is periodically oscillated with time and is largely oscillated in proportion to the differential pressure between inlet and outlet. And, although the velocity at the orifice increases with the differential pressure, the flow rate of the outlet decreases. This research may give PCV designers visual flow information to help them
The present paper outlines the numerical investigation of the incident wave interactions with fully submerged and floating dual double hull pontoon/vertical porous membrane breakwaters. Two dimensional five fluid-domains hydro-elastic formulation was carried out in the context of linear wave body interaction theory to study the wave interaction with the double hull of pontoon-membranes. The submerged circular pontoon is consisted of double hulls, which is filled with water in the void space between the outer structure and inner solid buoyant structure. Hydrodynamic characteristics of the proposed system with dual floating double-hull-pontoons filled with water have been studied numerically for the various incident waves. This study is a beginning stage research for the dual double hull porous pontoons/vertical porous membranes breakwaters which is ideally designed in order to suppress significantly the transmitted and reflected waves simultaneously.
It has recently been shown that the instability of thin film of a nanoscale can be used in the processes of building nano-size structures, which have potential practical importance in nanotechnology. Molecular dynamics simulation is conducted to probe the thin fluid film of a nano-size and its dynamic behavior during destabilization and structure formation. Non-continuum characteristics are shown in the properties like pressure tensor, viscosity, and thermal conductivity. The thermocapillary force induces a slow growth of long waves in the scale considered. A long-range interaction with the solid wall induces vertical structures, whose formation time and space between neighbors are proportional to the strength of the interaction.
In this study, a computational fluid dynamics (CFD) simulation based on an Eulerian-Eulerian approach was used to evaluate the mixing performance of a mud agitator through the distribution of bulk particles. Firstly, the commercial CFD software Star-CCM+ was verified by performing numerical simulations of single-phase water mixing problems in an agitator with various turbulence models, and the simulation results were compared with an experiment. The standard model was selected as an appropriate turbulence model, and a grid convergence test was performed. Then, a simulation of the liquid-solid multi-phase mixing in an agitator was simulated with different multi-phase interaction models, and lift and drag models were selected. In the case of the lift model, the results were not significantly affected, but Syamlal and O'Brien's drag model showed more reasonable results with respect to the experiment. Finally, with the properly determined simulation conditions, a multi-phase flow simulation of a mud agitator was performed to predict the mixing time and spatial distribution of solid particles. The applicability of the CFD multi-phase simulation for the practical design of a mud agitator was confirmed.
Niroumand, Hamed;Mehrizi, Mohammad Emad Mahmoudi;Saaly, Maryam
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.1
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pp.1-39
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2016
The finite element method (FEM), discrete element method (DEM), and Discontinuous deformation analysis (DDA) are among the standard numerical techniques applied in computational geo-mechanics. However, in some cases there no possibility for modelling by traditional finite analytical techniques or other mesh-based techniques. The solution presented in the current study as a completely Lagrangian and mesh-free technique is smoothed particle hydrodynamics (SPH). This method was basically applied for simulation of fluid flow by dividing the fluid into several particles. However, several researchers attempted to simulate soil-water interaction, landslides, and failure of soil by SPH method. In fact, this method is able to deal with behavior and interaction of different states of materials (liquid and solid) and multiphase soil models and their large deformations. Soil indicates different behaviors when interacting with water, structure, instrumentations, or different layers. Thus, study into these interactions using the mesh based grids has been facilitated by mesh-less SPH technique in this work. It has been revealed that the fast development, computational sophistication, and emerge of mesh-less particle modeling techniques offer solutions for problems which are not modeled by the traditional mesh-based techniques. Also it has been found that the smoothed particle hydrodynamic provides advanced techniques for simulation of soil materials as compared to the current traditional numerical methods. Besides, findings indicate that the advantages of applying this method are its high power, simplicity of concept, relative simplicity in combination of modern physics, and particularly its potential in study of large deformations and failures.
Park, Sangjin;Rhee, Huinam;Yoon, Doo Byung;Park, Jin Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.8
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pp.793-799
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2015
In this research, we study the propagation of longitudinal and transverse waves through a metal rod including a liquid layer using computational and experimental analyses. The propagation characteristics of longitudinal and transverse waves obtained by the computational and experimental analyses were consistent with the wave propagation theory for both cases, that is, the homogeneous metal rod and the metal rod including a liquid layer. The fluid-structure interaction modeling technique developed for the computational wave propagation analysis in this research can be applied to the more complex structures including solid-liquid interfaces.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2004.05a
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pp.274-278
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2004
A simultaneous measurement system that can analyze the flaw-structure interactions has been developed This system consists of four CCD cameras, two for capturing instantaneous flaw fields and two for tracking a solid body. The three-dimensional vector fields around a cylinder are measured while the motion of the cylinder forced by the flow field is measured simultaneously with the constructed system The cylinder is pended in the working fluid of a water channel and the surface of the working fluid is forced sinusoidal to make the cylinder bounced Reynolds number for the mean main stream is about l000. The interaction between the flaw fields and the cylinder motion is examined quantitatively.
Qian Zhang;Xiaopei Cai;Tao Wang;Yanrong Zhang;Shusheng Yang
Wind and Structures
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v.37
no.4
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pp.275-287
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2023
Subgrade differential settlement of high-speed railways was a pivotal issue that could increase the risk of trains operation. The risk will be further increased when trains in the subsidence zone are affected by crosswinds. In this paper, the computational fluid dynamics (CFD) model and finite element (FE) model were established, and the data transmission interface of the two models was established by fluid-solid interaction (FSI) method to form a systematic crosswind-train-track-subgrade dynamic model. The risk of high-speed train encountering crosswind in settlement area was analyzed. The results showed that the aerodynamic force of the trains increased significantly with the increase in crosswind speed. The aerodynamic force of the trains could reach 125.14 kN, significantly increasing the risk of derailment and overturning. Considering the influence of crosswind, the risk of train operation could be greatly increased. The safety indices and the wheel-rail force both increased with the increase of the wind speed. For the high-speed train running at 350 km/h, the warning value of wind speed was 10.2 m /s under the condition of subgrade settlement with wavelength of 20 m and amplitude of 15 mm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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