The performance of refrigerant oil at the thrust bearing and at the journal bearing of a scroll compressor is a significant factor. This paper presents the friction and anti-wear characteristics of nano-fluid with a mixture of a refrigerant oil and nano powders. The particle size distribution and oxidation stability of nano powders prepared by the electrical explosion method were analyzed by TEM and BET. It was found that the nanoparticles showed a spherical morphology with sizes ranging of 40-60 nm and were covered with graphite layers of 2-4 nm. The thermal conductivity of POE oil was 0.1-0.5W/mk higher than that of POE oil. The coefficient of friction of Cu-POE was found to be 0.1 higher than that of Al2O3. The cooling capacity of the heat pump with nanofluid increased to 3.67%, and the performance was improved by 5.83%.
Mechanical loading to bone cells using simple sine wave or constant wave fluid flow has been widely used for in vitro experiments. Human gait is characterized by a complex loading to bones of lower extremities which results from a series of events consisting of heel strike, foot flat and push-off during the stance phase of the gait cycle. Telemetric force analyses have shown that human femora are subject to multiphasic loading. Therefore, it would be ideal if the physiologic loading conditions during human walking can be used for in vitro mechanotransduction studies. Here, for a mechanotransduction study, we develop it fluid flow system (FFS) in order to simulate human physiologic mechanicalloading on bone cells. The development methods of the FFS including the COR (Center for Orthopedic Research), monitor program are presented. The FFS could generate various multiphasic loading conditions of human gaits with output flow. Wall shear distribution was very uniform, with 81 % of the effective loading area of the culture on a glass slide. Our results demonstrated that the FFS, provide a new translational approach for unveiling molecular mechanotransduction pathways in bone cells.
Seo, Doyoung;Hwang, Sunwoo;Son, Changmin;Kim, Kuisoon
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권2호
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pp.279-289
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2017
In this study, a series of conjugate heat transfer (CHT) analyses are conducted for a stage of a fully cooled high-pressure turbine (HPT) at elevated levels of free stream turbulence (Tu = 5% and 25.7%). The goal of the analyses is to investigate the influence of high turbulence intensity on the fluid-thermal characteristics of a nozzle guide vane (NGV). The turbine inlet temperature is defined by considering a typical radial temperature distribution factor (RTDF). The Unsteady Reynolds Average Navier-Stokes (URANS) CHT simulations are carried out using CFX 15.0, a commercial CFD package. The presented CFD modeling approach for high turbulence intensity is verified with the experimental data from two types of NASA C3X NGVs with films. The computation grid is generated for both the fluid and solid domains. The fluid domain grid is created using a tetrahedral grid system with prism layers because of its complex geometry, and the solid domain grid is composed of only tetrahedral elements. The analytical results are compared to understand the effect of turbulence on flow characteristics and metal temperature distributions. The results obtained in this study provide useful insights on the effects of high free stream turbulence and unsteadiness. The results also lead to the proposal of meaningful turbine design guidelines.
Eun, WonJong;Kim, JaeWon;Kwon, Oh-Joon;Chung, Chanhoon;Shin, Sang-Joon;Bauchau, Olivier A.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권1호
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pp.70-81
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2017
Various components of an engine nozzle are modeled as flexible multi-body components that are operated under high temperature and pressure. In this paper, in order to predict complex behavior of an engine nozzle, thermo-fluid-flexible multi-body dynamics coupled analysis framework was developed. Temperature and pressure on the nozzle wall were obtained by the steady-state flow analysis for a two-dimensional nozzle. The pressure and temperature-dependent material properties were delivered to the flexible multi-body dynamics analysis. Then the deflection and strain distribution for a nozzle configuration was obtained. Heat conduction and thermal analyses were done using MSC.NASTRAN. The present framework was validated for a simple nozzle configuration by using a one-way coupled analysis. A two-way coupled analysis was also performed for the simple nozzle with an arbitrary joint clearance, and an asymmetric flow was observed. Finally, the total strain result for a realistic nozzle configuration was obtained using the one-way and two-way coupled analyses.
This study investigated the fluid force acting on an artificial reef and the scour pattern at the bottom of the artificial reef in a steady-flow field using the finite difference method (Flow-3D). The structure was tetragonal in shape, like similar objects found in nature. The numerical analysis showed that the hydrodynamic characteristics and incipient scouring pattern matched natural phenomena. The velocity distribution around the tetragon was symmetric and wake occurred inside the tetragon and behind the bottom of the tetragon. The length of the recirculation flow behind the tetragon for each velocity was about 4-5 cm and the magnitude of the recirculation flow inside the tetragon generally increased with the Reynolds' number, although it decreased slightly for Reynolds' numbers from 11,000 to 12,000. In addition, the total fluid force acting on the tetragon increased with the inflow velocity, although the increment was smaller when the velocity exceed 18 cm/sec. The incipient pattern for the scouring of sediment matched the natural phenomenon.
Concrete hydraulic structures such as: Dams, Intake Towers, Piers and dock are usually recognized as" Vital and Special Structures" that must have sufficient safety margin at critical conditions like when earthquake occurred as same as normal servicing time. Hence, to evaluate hydrodynamic pressures generated due to seismic forces and Fluid-Structure Interaction (FSI); introduction to fluid-structure domains and interaction between them are inevitable. For this purpose, first step is exact modeling of water-structure and their interaction conditions. In this paper, the basic equation involved the water-structure-foundation interaction and the effective factors are explained briefly for concrete hydraulic structure types. The finite element modeling of two concrete gravity dams with 5 m, 150 m height, reservoir water and foundation bed rock is idealized and then the effects of fluid domain and bed rock have been investigated on modal characteristic of dams. The analytical results obtained from numerical studies and modal analysis show that the accurate modeling of dam-reservoir-foundation and their interaction considerably affects the modal periods, mode shapes and modal hydrodynamic pressure distribution. The results show that the foundation bed rock modeling increases modal periods about 80%, where reservoir modeling changes modal shapes and increases the period of all modes up to 30%. Reservoir-dam-foundation interaction increases modal period from 30% to 100% for different cases.
The present study aims to investigate the flow characteristics with respect to fuel type and equivalence ratio in the flame spray coating process. The flame spray flow is characterized by much complex phenomena including combustion, turbulent flows, and combined heat transfer. The present study numerically simulated the flam spray process and examined the gas dynamics involving combustion, gas temperature and velocity distributions in flame spray process by using commercial computational fluid dynamics (CFD) code of FLUENT (ver. 13.0). In particular, we studied the effect of fuel type and equivalence ratio on thermal and flow characteristics which could substantially affect the coating performance. From the results, it was found that the gas temperature distributions were varied with different fuels because of reaction times were different according to the fuel type. The equivalence ratio also could change the spatial flame distribution and the characteristics of coated layer on the substrate.
A cycle analysis was achieved to predict the characteristics by comprehensive modeling and simulation of an air-cooled, double-effect absorption system using a new $H_2O/LiBr+HO(CH_2)_3OH$ solution. The simulation results showed that the new working fluid may provide the crystallization limit 8% higher than the conventional $H_2O/LiBr$ solution. With a crystallization margin of 3wt%(weight%), the optimal solution distribution ratio was found in the range of 36 to 40%. Variation of cooling air Inlet temperature has a sensitive effect on the cooling COP and corrosion problem. The simulation of heat exchangers with UA value revealed that the absorber and the evaporator are relatively important for an air-cooled system compared with the condenser and the low temperature generator. The effect of cooling air flow rate, circulation weak solution flow rate and chilled water inlet temperature were also examined. The new working fluid may provide the COP approximately 5% higher than the conventional $H_2O/LiBr$ solution.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제8권2호
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pp.113-123
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2015
The efficiency of the ventilation system is a key point for durable and reliable electric generators. The design of such system requires a detailed understanding of the air flow in the generator. Computational fluid dynamics (CFD) has the potential to resolve the lack of information in this field. The present work analyses the air flow inside a generator model. The model is designed using a CFD-based approach, and manufactured by taking into consideration the experimental and numerical requirements and limitations. The emphasis is on the possibility to accurately predict and experimentally measure the flow distribution inside the stator channels. A major part of the work is focused on the design of an intake and a fan that gives an evenly distributed flow with a high flow rate. The intake also serves as an accurate flowmeter. Experimental results are presented, of the total volume flow rate, the total pressure and velocity distributions. Steady-state CFD simulations are performed using the FOAM-extend CFD toolbox. The simulations are based on the multiple rotating reference frames method. The results from the frozen rotor and mixing plane rotor-stator coupling approaches are compared. It is shown that the fan design provides a sufficient flow rate for the stator channels, which is not the case without the fan or with a previous fan design. The detailed experimental and numerical results show an excellent agreement, proving that the results reliable.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제5권3호
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pp.100-108
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2012
Design parameters for suction channels of process centrifugal compressors were investigated, and an optimization method to enhance stage efficiency by using the new design parameters was proposed. From results of computational fluid dynamics, the passage sectional area ratios $A_c/A_e$, $A_e/A_s$ and $A_c/A_s$ were found to be the dominant parameters for the pressure loss and circumferential flow distortion, where $A_c$, $A_e$ and $A_s$ are passage sectional areas for the casing upstream side, casing entrance and impeller eye, respectively. The Base suction channel was optimized using the new design parameters, and the Base and Optimized types were tested. Test results showed that the Optimized suction channel achieved 3.8% higher stage efficiency than the Base suction channel while maintaining the same operating range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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