Comparisons in shear behaviour are made between aqueous suspensions of a laterite ore and aqueous suspensions of pure goethite ($\alpha$-FeOOH), following prior papers in which the rheologies of the two mineral suspensions were characterized individually. Drawing comparisons is appropriate because the ore sample was about 65% goethite and it was originally thought that the pure goethite might serve as a model of the more complex laterite. Viscosity measurements of the two suspensions show that, at the same solids fraction, the goethite suspensions were more viscous by an order of magnitude, even though the goethite particles had much smaller aspect ratios. Similarly, yield stresses for the goethite suspensions were at least an order of magnitude higher. The most significant difference was in transient behaviour. Time-dependent effects were investigated by subjecting a fluid to a step change or a ramp sequence in shear rate, and measuring the resulting shear stress over time. In most cases, transient behaviour could not be detected in the goethite suspensions, whereas stresses in the laterite suspensions relaxed over periods of order 10 seconds. The disparate results indicate that a goethite suspension is a poor model of a laterite slurry.
The present study proposes modified temperature-dependent non-Newtonian viscosity model and investigates flow characters and heat transfer enhancement of the viscoelastic non-Newtonian fluid in a 2:1 rectangular duct. The proposed modified temperature dependent viscosity model has non-zero value near the high temperature and high shear rate region while on the existing viscosity models have zero value. Two versions of thermal boundary conditions involving difference combination of heated walls and adiabatic walls are analyzed in this study. The combined effect of temperature dependent viscosity, buoyancy, and secondary flow caused by second normal stress difference are ail considered. The Reiner-Rivlin model is adopted as a viscoelastic fluid model to simulate the secondary flow caused by second normal stress difference. Calculated Nusselt numbers by the modified temperature-dependent viscosity model gives under prediction than the existing temperature-dependent viscosity model in the regions of thermally developed with same secondary normal stress difference coefficients with experimental results in the regions of thermally developed. The heat transfer enhancement of the viscoelastic fluid in a 2:1 rectangular duct is highly dependent on the secondary flow caused by the magnitude of second normal stress difference.
Objective : The objective of this study was to analyze patient-specific blood flow in ruptured aneurysms using obtained non-Newtonian viscosity and to observe associated hemodynamic features and morphological effects. Methods : Five patients with acute subarachnoid hemorrhage caused by ruptured posterior communicating artery aneurysms were included in the study. Patients' blood samples were measured immediately after enrollment. Computational fluid dynamics (CFD) was conducted to evaluate viscosity distributions and wall shear stress (WSS) distributions using a patient-specific geometric model and shear-thinning viscosity properties. Results : Substantial viscosity change was found at the dome of the aneurysms studied when applying non-Newtonian blood viscosity measured at peak-systole and end-diastole. The maximal WSS of the non-Newtonian model on an aneurysm at peak-systole was approximately 16% lower compared to Newtonian fluid, and most of the hemodynamic features of Newtonian flow at the aneurysms were higher, except for minimal WSS value. However, the differences between the Newtonian and non-Newtonian flow were not statistically significant. Rupture point of an aneurysm showed low WSS regardless of Newtonian or non-Newtonian CFD analyses. Conclusion : By using measured non-Newtonian viscosity and geometry on patient-specific CFD analysis, morphologic differences in hemodynamic features, such as changes in whole blood viscosity and WSS, were observed. Therefore, measured non-Newtonian viscosity might be possibly useful to obtain patient-specific hemodynamic and morphologic result.
The drop formation dynamics of a shear thinning, elastic, yield stress ($\tau_o$) fluid (Carbopol 980 (poly(acrylic acid)) dispersions) in silicone oil has been investigated in a flow-focusing microfluidic channel. The rheological character of each solution investigated varied from Netwonian-like through to highly non-Newtonian and was varied by changing the degree of neutralization along the poly (acrylic acid) backbone. We have observed that the drop size of these non-Newtonian fluids (regardless of the degree of neutralisation) showed bimodal behaviour. At first we observed increases in drop size with increasing viscosity ratio (viscosity ratio=viscosity of dispersed phase (DP)/viscosity of continuous phase (CP)) at low flowrates of the continuous phases, and thereafter, decreasing drop sizes as the flow rate of the CP increases past a critical value. Only at the onset of pinching and during the high extensional deformation during pinch-off of a drop are any differences in the non-Newtonian characteristics of these fluids, that is extents of shear thinning, elasticity and yield stress ($\tau_o$), apparent. Changes in these break-off dynamics resulted in the observed differences in the number and size distribution of secondary drops during pinch-off for both fluid classes, Newtonian-like and non-Newtonian fluids. In the case of the Newtonian-like drops, a secondary drop was generated by the onset of necking and breakup at both ends of the filament, akin to end-pinching behavior. This pinch-off behavior was observed to be unaffected by changes in viscosity ratio, over the range explored. Meanwhile, in the case of the non-Newtonian solutions, discrete differences in behaviour were observed, believed to be attributable to each of the non-Newtonian properties of shear thinning, elasticity and yield stress. The presence of a yield stress ($\tau_o$), when coupled with slow flow rates or low viscosities of the CP, reduced the drop size compared to the Newtonian-like Carbopol dispersions of much lower viscosity. The presence of shear thinning resulted in a rapid necking event post onset, a decrease in primary droplet size and, in some cases, an increase in the rate of drop production. The presence of elasticity during the extensional flow imposed by the necking event allowed for the extended maintenance of the filament, as observed previously for dilute solutions of linear polymers during drop break-up.
In this study, we propose a method for characterizing fluid-mechanical properties of a fluid surface, such as surface dilatational and shear viscosity, by matching the flow visualization and the numerical simulation for a Stokes flow in a three-dimensional cavity. The surface flow is driven by shear stress exerted on the free surface by an external gas flow. The external gas flow is simulated by using a commercial code, while the Stokes flow is calculated by an in-house code. We have found that the surface flow is very sensitive to the surface tension and other properties. The qualitative feature of the surface flow can be reproduced by the parameter tuning.
Generally vascular grafts with a relatively large inner diameter (> 5 mm) have been successfully employed for replacement in the human body. However, the use of small diameter grafts is limited, because these grafts rapidly occlude due to the thrombosis. The ideal blood-contacting surface of a prosthesis would be an endothelial cell (EC) lining, because the confluent monolayer of healthy ECs that culture natural blood vessels represents the ideal nonthrombogenic surface. For vascular graft application, the stable EC adhesion on surface under How conditions is very important. In this study, the adhesive strength of ECs attached on polymer surfaces coated with collagen type IV (Col IV), fibronectin (Fn), laminin (Ln), and treated with corona was investigated onto polyurethane (PU) films. The EC-attached PU surfaces were mounted on parallel-plate flow chambers in a How system prepared for cell adhesiveness test. Three different shear stresses (100, 150, and 200 dyne/㎠) were applied to the How chambers and each shear stress was maintained for 120 min to investigate the effect of shear stress and surface treatment condition on the EC adhesion strength. It was observed that the EC adhesion strength on the surface-modified PU films was in the order of Ln≡Fn > Col IV > corona 》 control. More than 70% of the adhered cells were remained on surface-modified PU surface after applying the shear stress,200 dyne/㎠ for 2 hrs, whereas the cells were completely detached on the control PU surface within 10 min after applying the same shear stress. It seems that the type of adsorbed proteins and hydrophilicitv onto the PU surfaces play very important roles for cell adhesion strength.
Abadi, M. Heydari Nosrat;Darvishi, H. Hassanpour;Nouri, A.R. Zamani
Computers and Concrete
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v.24
no.5
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pp.445-452
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2019
In this paper, dynamic stress, strain and deflection analysis of concrete pipes conveying nanoparticles-water under the seismic load are studied. The pipe is buried in the soil which is modeled by spring and damper elements. The Navier-Stokes equation is used for obtaining the force induced by the fluid and the mixture rule is utilized for considering the effect of nanoparticles. Based on refined two variables shear deformation theory of shells, the pipe is simulated and the equations of motion are derived based on energy method. The Galerkin and Newmark methods are utilized for calculating the dynamic stress, strain and deflection of the concrete pipe. The influences of internal fluid, nanoparticles volume percent, soil medium and damping of it as well as length to diameter ratio of the pipe are shown on the dynamic stress, strain and displacement of the pipe. The results show that with enhancing the nanoparticles volume percent, the dynamic stress, strain and deflection decrease.
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2009.06a
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pp.187-187
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2009
Opening of fractures induced by shear dilation or normal deformation can be a significant source of fracture permeability change in fractured rock, which is important for the performance assessment of geological repositories for spent nuclear fuel. As the repository generates heat and later cools the fluid-carrying ability of the rocks becomes a dynamic variable during the lifespan of the repository. Heating causes expansion of the rock close to the repository and, at the same time, contraction close to the surface. During the cooling phase of the repository, the opposite takes place. Heating and cooling together with the, virgin stress can induce shear dilation of fractures and deformation zones and change the flow field around the repository. The objectives of this work are to examine the contribution of thermal stress to the shear slip of fracture in mid- and far-field around a KBS-3 type of repository and to investigate the effect of evolution of stress on the rock mass permeability. In the first part of this study, zones of fracture shear slip were examined by conducting a three-dimensional, thermo-mechanical analysis of a spent fuel repository model in the size of 2 km $\times$ 2 km $\times$ 800 m. Stress evolutions of importance for fracture shear slip are: (1) comparatively high horizontal compressive thermal stress at the repository level, (2) generation of vertical tensile thermal stress right above the repository, (3) horizontal tensile stress near the surface, which can induce tensile failure, and generation of shear stresses at the comers of the repository. In the second part of the study, fracture data from Forsmark, Sweden is used to establish fracture network models (DFN). Stress paths obtained from the thermo-mechanical analysis were used as boundary conditions in DFN-DEM (Discrete Element Method) analysis of six DFN models at the repository level. Increases of permeability up to a factor of four were observed during thermal loading history and shear dilation of fractures was not recovered after cooling of the repository. An understanding of the stress path and potential areas of slip induced shear dilation and related permeability changes during the lifetime of a repository for spent nuclear fuel is of utmost importance for analysing long-term safety. The result of this study will assist in identifying critical areas around a repository where fracture shear slip is likely to develop. The presentation also includes a brief introduction to the ongoing site investigation on two candidate sites for geological repository in Sweden.
Kim Chang Nyung;Oh Taek Yeol;Choi Myung Jin;Jung Sam Doo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.9
s.174
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pp.179-187
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2005
The characteristics of blood flow and the interaction between the blood vessel and blood flow play important roles in plaque cap rupture and the growth of atherosclerosis which may lead directly to a heart attack or a stroke. In this study, carotid arteries with different stenoses have been numerically simulated to investigate the wall shear stress(WSS) and the elastic motion of the vessel. Blood flow has been treated as physiological, laminar and incompressible flow. To model the shear thining behavior of the blood, the Carreau-Yasuda model has been employed but the viscoelasticity of blood has not been considered. The results show that the WSS of $severe(75\%)$ stenosis is much higher than those of $25\%\;and\;50\%$ stenosis in the region of stenosis. With the increase in the stenosis thickness, the expansion ratio of the center of the stenosis decreases while the expansion ratio of the upstream region of the stenosis increases.
We present numerical results for inertialess elliptic particle suspensions in a Newtonian fluid subject to simple shear flow, using the sliding bi-periodic frame concept of Hwang et al. (2004) such that a particulate system with a small number of particles could represent a suspension system containing a large number of particles. We report the motion and configurational change of elliptic particles in simple shear flow and discuss the inter-relationship with the bulk shear stress behaviors through several example problems of a single, two-interacting and ten particle problems in a sliding bi-periodic frame. The main objective is to check the feasibility of the direct simulation method for understanding the relationship between the microstructural evolution and the bulk material behaviors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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