Liquid hydrogen, which operates in cryogenic environments has a density 800 times greater than gaseous hydrogen, making it advantageous for large-scale storage and transportation. However, continuous evaporation due to external heat intrusion and internal heat generation poses challenges. To mitigate heat conduction, various insulation materials are used. In pipe systems, viscous heating effects from turbulence and viscosity, especially in bends, cause heat generation. This study employs computational fluid dynamics (CFD) to analyze the impact of fluid velocity, pressure drop, inner diameter, and curvature radius of pipe bends on viscous heating. Using liquid nitrogen at 77 K as a working fluid, the CFD results showed that increased velocity and pressure drop along with smaller inner diameter and curvature radius enhanced viscous heating, raising fluid temperature.
This paper presents the numerical design technology of a passive orifice fluid damper system especially for the characteristics between the damper piston velocity and the damping force. Numerical analysis with the visual interfacial modeling technique was applied into the analysis of the damper system's dynamics. A prototype orifice fluid damper was manufactured and experimentally tested to validate the numerical simulation results. The performances of various damper system schemes were investigated based on the verified numerical simulation model of orifice fluid damper.
Experiment of laser propulsion in free flight has never been conducted. At Institute of Fluid Science (IFS), Tohoku University, propulsive impulse generation by focusing on a rest projectile was demonstrated. Based on the ideas obtained from this experiment, experiment of laser propulsion of a projectile in flight by focusing $CO_2$ laser beam is being prepared for. The objective velocity increment in experiment is about 50 m/s.
Weibull distribution with two parameters, shape (k) and scale (s) parameters are used to model the fatigue failure analysis due to periodic vortex shedding of the synovial fluid in knee joints. In order to determine the later parameter, a suitable statistical model is required for velocity distribution of synovial fluid flow. Hence, wide applicability of Weibull distribution in life testing and reliability analysis can be applied to describe the probability distribution of synovial fluid flow velocity. In this work, comparisons of three most widely used methods for estimating Weibull parameters are carried out; i.e. the least square estimation method (LSEM), maximum likelihood estimator (MLE) and the method of moment (MOM), to study fatigue failure of bone joint due to periodic vortex shedding of synovial fluid. The performances of these methods are compared through the analysis of computer generated synovial fluidflow velocity distribution in the physiological range. Significant values for the (k) and (s) parameters are obtained by comparing these methods. The criterions such as root mean square error (RMSE), coefficient of determination ($R^2$), maximum error between the cumulative distribution functions (CDFs) or Kolmogorov-Smirnov (K-S) and the chi square tests are used for the comparison of the suitability of these methods. The results show that maximum likelihood method performs well for most of the cases studied and hence recommended.
Objective: The objective of this study was to investigate the effects of miniscrew-assisted rapid palatal expansion (MARPE) on changes in airflow in the upper airway (UA) of an adult patient with obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) using computational fluid-structure interaction analysis. Methods: Three-dimensional UA models fabricated from cone beam computed tomography images obtained before (T0) and after (T1) MARPE in an adult patient with OSAS were used for computational fluid dynamics with fluid-structure interaction analysis. Seven and nine cross-sectional planes (interplane distance of 10 mm) in the nasal cavity (NC) and pharynx, respectively, were set along UA. Changes in the cross-sectional area and changes in airflow velocity and pressure, node displacement, and total resistance at maximum inspiration (MI), rest, and maximum expiration (ME) were investigated at each plane after MARPE. Results: The cross-sectional areas at most planes in NC and the upper half of the pharynx were significantly increased at T1. Moreover, airflow velocity decreased in the anterior NC at MI and ME and in the nasopharynx and oropharynx at MI. The decrease in velocity was greater in NC than in the pharynx. The airflow pressure in the anterior NC and entire pharynx exhibited a decrease at T1. The amount of node displacement in NC and the pharynx was insignificant at both T0 and T1. Absolute values for the total resistance at MI, rest, and ME were lower at T1 than at T0. Conclusions: MARPE improves airflow and decreases resistance in UA; therefore, it may be an effective treatment modality for adult patients with moderate OSAS.
The atomization characteristics of the dual air supplying twin-fluid nozzle were investigated experimentally using PIV and PDA systems. The two-fluid nozzle is composed of three main parts: the feeding injector to supply fluid that is controlled by a PWM (pulse-width modulation) mode, the adaptor as a device with the ports for supplying the carrier and assist air and the main nozzle to produce the spray. The main nozzle has the swirl tip with four equally spaced tangential slots, which give the injecting fluid an angular momentum. The angle of the swirl tip varied with 0$^{\circ}$ 30$^{\circ}$, 60$^{\circ}$ and 90$^{\circ}$, and the ratios of carrier air to assist air and ALR(total air to liquid) were 0.55 and 1.23, respectively. The macroscopic behavior of the spray was investigated using PIV system, and the mean velocity, turbulent intensity and SMD distributions of the sprays were measured using PDA system. As the results, the mean axial velocity at the spray centerline decrease with the increase of the swirl angle. The turbulent intensities of the axial and radial velocity were increased with the increase of the swirl angle. The mean SMD (Sauter mean diameter) of the radial direction along the axial distance shows the lowest value at the swirl angle of 60$^{\circ}$.
In this paper, a numerical analysis was performed to investigate the effect of the pitch angle of a helical nozzle on the performance characteristics of a vortex tube. Three-dimensional numerical simulation has been performed with standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model by using FLUENT 13.0. The effect of the pitch angle of helical nozzle was described in term of ${\beta}$. A CFD analysis was performed on ${\beta}=0^{\circ}$, $5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$. In order to realize the influence of ${\beta}$ on performances of the vortex tube. Computation results were expressed by the ${\beta}-{\Delta}T_{h,c}$ graph and radial profiles of axial velocity and swirl velocity. The results showed that ${\beta}$ which improves energy separation capacity of vortex tube was $5^{\circ}$ at ${\alpha}=0.33$, 0.5 and $10^{\circ}$ at ${\alpha}=0.33$. Besides, It was confirmed that the results were closely related to axial velocity and swirl velocity.
In this study, a shock absorber whose orifice area changes according to the oil pressure inside the absorber is developed. The orifice widens and narrows when the oil pressure is high and low, respectively; thus, the orifice area changes according to the oil pressure, in other words, according to the extension/compression velocity. It is well known that the damping force can be expressed as $C{\cdot}v^{\alpha}$. For fluid film damping, the force is proportional to velocity, i.e., ${\alpha}=1$, and for orifice damping, it is proportional to the square of velocity, i.e., ${\alpha}=2$. The shock absorber proposed in this paper can exhibit different relationships between the damping force and velocity because the orifice area changes according to the induced oil pressure. The motivation of this study is to develop a method for designing a shock absorber with desired values of C and ${\alpha}$ which is not just 1 or 2. Theoretical and experimental studies have been conducted to verify the damping characteristics of the shock absorber. The effect of some major design parameters on damping characteristics has been also examined to relate the design parameters to the damping characteristics.
In this paper, we present a real-time physical simulation model of water surfaces with a novel method to represent the water mass flow in full three dimensions. In a physical simulation model, the state of the water surfaces is represented by a set of physical values, including height, velocity, and the gradient. The evolution of the velocity field in previous works is handled by a velocity solver based on the Navier-Stokes equations, which occurs as a result of the unevenness of the velocity propagation. In this paper, we integrate the principle of the mass conservation in a fluid of equilateral density to upgrade the height field from the unevenness, which in mathematical terms can be represented by the divergence operator. Thus the model generates waves induced by horizontal velocity, offering a simulation that puts forces added in all direction into account when calculating the values for height and velocity for the next frame. Other effects such as reflection off the boundaries, and interactions with floating objects are involved in our method. The implementation of our method demonstrates to run with fast speed scalable to real-time rates even for large simulation domains. Therefore, our model is appropriate for a real-time and large scale water surface simulation into which the animator wishes to visualize the global fluid flow as a main emphasis.
Various vortical structures are investigated by using three kinds of flow visualization methods in branch pipe flows. There are two typical flow patterns when a jet from the branch pipe with various angles is injected to the main pipe cross flow. The velocity range of cross flow of the main pipe is 0.2 m/s ~ 1.2 m/s and the corresponding Reynolds number, R$_{p}$ is of the range 1.5 * 10$^{3}$ ~ 9.02 * 10$^{3}$. The velocity ratio(R), jet velocity/cross flow velocity, is chosen from 1.3 to 4. The subsequent behavior and development of the ring vortices which are created at the jet boundary mainly depend on the velocity ratio. An empirical relation for the shedding frequency of the ring vortices is derived. It is also found that there are two different vortex shedding mechanism in the mixing of two fluid streams.s.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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