A nanofluid is a mixture of solid nanoparticles and a common base fluid. Nanofluids have shown great potential in improving the heat transfer properties of liquids. However, previous studies on the characteristics of nanofluids did not adequately explain the enhancement of heat transfer. This study examined the distribution of particles in a fluid and compared the mechanism for the enhancement of heat transfer in a nanofluid with that in a general microparticle suspension. A theoretical model was formulated with shear-induced particle migration, viscosity-induced particle migration, particle migration by Brownian motion, as well as the inertial migration of particles. The results of the simulation showed that there was no significant particle migration, with no change in particle concentration in the radial direction. A uniform particle concentration is very important in the heat transfer of a nanofluid. As the particle concentration and effective thermal conductivity at the wall region is lower than that of the bulk fluid, due to particle migration to the center of a microfluid, the addition of microparticles in a fluid does not affect the heat transfer properties of that fluid. However, in a nanofluid, particle migration to the center occurs quite slowly, and the particle migration flux is very small. Therefore, the effective thermal conductivity at the wall region increases with increasing addition of nanoparticles. This may be one reason why a nanofluid shows a good convective heat transfer performance.
A novel method for simultaneously measuring the fluid velocity and the large particle velocity in a particle-containing fluid flow is developed in this study. In this method, the fluid velocity and the large particle velocity are measured by PIV and PTV, respectively. The PIV and PTV images are obtained from the same flow images. Since a PIV result represents the average displacement of all particles in an interrogation area, it will include an error caused by the relative displacement between the large particles and the fluid. In order to reduce the false influence of large particles on the PIV calculation, the mean brightness of small PIV particle images is substituted to the locations of large particles in the PIV images. The simulation results showed that the new method significantly reduces the PIV error caused by the large particles even at the case where the large particles occupy area fraction as large as $20\%$ of the full image.
The effects of longitudinal velocity dusty fluid flow in a weak magnetic field are investigated in this paper. An external uniform magnetic field parallel to the flow of dusty fluid influences the flow of dusty fluid. Besides that, the problem under investigation is completely defined in terms of identifying parameters such as longitudinal velocity (u), Hartmann number (M), dust particle interactions β, stock resistance γ, Reynolds number (Re) and magnetic Reynolds number (Rm). While using suitable transformations of resemblance, The governing partial differential equations are transformed into a system of ordinary differential equations. The Hankel Transformation is used to solve these equations numerically. The effects of representing parameters on the fluid phase and particle phase velocity flow are investigated in this analysis. The magnitude of the fluid particle is reduced significantly. The result indicates the magnitude of the particle reduced significantly. Although some of our numerical solutions agree with some of the available results in the literature review, other results differs because of the effect of the introduced magnetic field.
In this presentation, I talk about various fluid simulation methods that have been developed for computer graphics special effects since 1996. They are all based on CFD but sacrifice physical reality for visual plausability and time. But as the speed of computer increases rapidly and the capability of GPU (graphics processing unit) improves, methods for more physical realism have been tried. In this talk, I will focus on four aspects of fluid simulation methods for computer graphics: (1) particle level-set methods, (2) particle-based simulation, (3) methods for exact satisfaction of incompressibility constraint, and (4) GPU-based simulation. (1) Particle level-set methods evolve the surface of fluid by means of the zero-level set and a band of massless marker particles on both sides of it. The evolution of the zero-level set captures the surface in an approximate manner and the evolution of marker particles captures the fine details of the surface, and the zero-level set is modified based on the particle positions in each step of evolution. (2) Recently the particle-based Lagrangian approach to fluid simulation gains some popularity, because it automatically respects mass conservation and the difficulty of tracking the surface geometry has been somewhat addressed. (3) Until recently fluid simulation algorithm was dominated by approximate fractional step methods. They split the Navier-Stoke equation into two, so that the first one solves the equation without considering the incompressibility constraint and the second finds the pressure which satisfies the constraint. In this approach, the first step introduces error inevitably, producing numerical diffusion in solution. But recently exact fractional step methods without error have been developed by fluid mechanics scholars), and another method was introduced which satisfies the incompressibility constraint by formulating fluid in terms of vorticity field rather than velocity field (by computer graphics scholars). (4) Finally, I want to mention GPU implementation of fluid simulation, which takes advantage of the fact that discrete fluid equations can be solved in parallel.
The dispersion of Lagrangian fluid particles in a turbulent channel flow is studied by a direct numerical simulation. Four points Hermite interpolation in the homogeneous direction and Chebyshev polynomials in the inhomogeneous direction is adopted by assesing the acceleration of fluid particles. In order to characterize the inhomogeneous Lagrangian statistics, accurate single particle Lagrangian statistics are obtained along the wall normal direction. Integral time scales of Lagrangian velocity can be normalized by Eulerian mean shear stresses.
전산유체역학을 이용하여 전형적인 구조를 갖는 사이클론 분리기 시스템 내에서의 주입 가스 유동 및 입자 거 동해석을 통해 가스 주입 유속에 따른 입자 거동 양상을 3차원적으로 해석하였다. 해석 결과는 Navier-stokes 방정식을 이용한 유체 유동 현상과 Lagrangian 접근법을 이용한 입자 거동 경로 추적을 결합시켜 도출되었다. 주입 유속이 증가함에 따라 내부 압력 손실이 증가하였고 이런 내부 압력 변화는 분리기 내의 유체의 유동 양상에 영향을 미쳤다. 입자의 거동은 유체의 유동에 의해 결정되었으며 일정 유속에 대해서는 입자의 크기에 크게 의존하였다. 그리고 주입 유속의 증가는 입자의 경로를 증가시키면서 분리기의 하부 영역으로 이동시켰다. 이로 인해 분리기내에 존재하는 입자의 최소 크기가 작아지며 일정 크기의 입자의 경우 분리율이 증가하였다. 결론적으로 가스 유입 유속의 변화는 내부의 유체 유동 변화와 입자 거동 양상에 중요한 요인이 된다.
Effect of a particle's spin is investigated numerically by considering the effect of lift occurring due to difference of rotations of a particle and of fluid such as the Saffman lift and Magnus force. These lift forces have been neglected in many previous works on particle-laden turbulence. The trajectory of particles can be changed by the lift forces, resulting in significant modification of the stochastic characteristics of heavy particles. Probability density functions and autocorrelations are examined of velocity, acceleration of solid particle and acceleration of fluid at the position of solid particle. Changes in velocity statistics are negligible but statistics related with acceleration are a little bit changed by particle's rotation. When a laden particle encounters with coherent structures during the motion, the particle's rotation might significantly affects the motion due to intermittently large fluid acceleration near coherent structures.
Suspension of a single solid particle in a channel flow with a constant pressure gradient is studied numerically. The interaction of a circular particle with a surrounding Newtonian fluid is formulated using a combined formulation. Numerical results are presented using two dimensionless variables: the sedimentation Reynolds number and the generalized Froude number. From the present results, it has been shown that a solid particle is suspended at a smaller generalized Froude number as the viscosity of the surrounding fluid increases. The time taken for equilibrium position is found to be smaller as fluid viscosity increases when both : the sedimentation Reynolds number and the generalized Froude number are the same while, at the same situation, the dimensionless time taken for equilibrium position is to be nearly the same regardless of fluid viscosity when a dimensionless time variable is introduced
With all the recent progresses in computer hardware and software technology, the animation of fluids in real-time is still among the most challenging issues of computer graphics. The fluid animation is carried out in two steps - the physical simulation of fluids immediately followed by the visual rendering. The physical simulation is usually accomplished by numerical methods utilizing the particle dynamics equations as well as the fluid mechanics based on the Navier-Stokes equations. Particle dynamics method is usually fast in calculation, but the resulting fluid motion is conditionally unrealistic. The methods using Navier-Stokes equation, on the contrary, yield lifelike fluid motion when properly conditioned, yet the complexity of calculation restrains this method from being used in real-time applications. This article presents a rapid fluid animation method by using the continuum-based fluid mechanics and the enhanced particle dynamics equations. For real-time rendering, pre-integrated volume rendering technique was employed. The proposed method can create realistic fluid effects that can interact with the viewer in action, to be used in computer games, performances, installation arts, virtual reality and many similar multimedia applications.
In this study, the effect of particle aggregation on dynamic response time of Electrorheological (ER) fluid is investigated. The particle aggregation time is defined as the time interval between the application of the field and the formation of the first chain bridging the two electrodes. The dynamic response times of an ER fluid sheared between two concentric cylinders have been obtained under two different experimental conditions: the one is that the electric field is induced before shearing, and the other is that the electric field is induced after shearing. From the difference between two response times, the particle aggregation times are determined under various electric fields and shear rates. The experimental results show that the aggregation rate is decreased with an increase of shear rate, while electric field has little effect on it. Therefore, it is verified that the hydrodynamic force hinders the formation of chain-like structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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