In this paper we report the method of visualizing and measuring the fluid flow within a small droplet of millimeter size. We use a vertical laser sheet in visualization of the micrometer size and special attention is given to the arrangement of microscope to obtain clear images. Then we use a PIV technique to measure the velocity of the internal flow from the images taken. Since the droplet is of spherical shape, the images represent highly deteriorated picture of the real objects due to the refraction phenomenon. In order to compensate the refraction, we in this study developed two kinds of methods for the real velocity. In the first method, the refracted images are directly used to obtain the velocity in the image space, and then the velocity is transformed to the real space. In the second method the images are first transformed to the real-space objects, and then the PIV is used to measure the velocity field. We compared the two results to prove the usefulness of the compensation technique.
We have carried out laboratory measurements of P-wave velocity and deformation strain during $CO_2$ injection into a porous sandstone sample, in dry and water-saturated conditions. The rock sample was cylindrical, with the axis normal to the bedding plane, and fluid injection was performed from one end. Using a piezoelectric transducer array system, we mapped fluid movement during injection of distilled water into dry sandstone, and of gaseous, liquid, and supercritical $CO_2$ into a water-saturated sample. The velocity changes caused by water injection ranged from $5.61\;to\;7.52\%$. The velocity changes caused by $CO_2$ injection are typically about $-6\%$, and about $-10\%$ for injection of supercritical $CO_2$, Such changes in velocity show that the seismic method may be useful in mapping $CO_2$ movement in the subsurface. Strain normal to the bedding plane was greater than strain parallel to the bedding plane during $CO_2$ injection; injection of supercritical $CO_2$ showed a particularly strong effect. Strain changes suggest the possibility of monitoring rock mass deformation by using borehole tiltmeters at geological sequestration sites. We also found differences associated with $CO_2$ phases in velocity and strain changes during injection.
A numerical study of a natural convection in a rectangular cavity with the low-Reynolds-number differential stress and flux model is presented. The primary emphasis of the study is placed on the investigation of the accuracy and numerical stability of the low-Reynolds-number differential stress and flux model for a natural convection problem. The turbulence model considered in the study is that developed by Peeters and Henkes (1992) and further refined by Dol and Hanjalic (2001), and this model is applied to the prediction of a natural convection in a rectangular cavity together with the two-layer model, the shear stress transport model and the time-scale bound ν$^2$- f model, all with an algebraic heat flux model. The computed results are compared with the experimental data commonly used for the validation of the turbulence models. It is shown that the low-Reynolds-number differential stress and flux model predicts well the mean velocity and temperature, the vertical velocity fluctuation, the Reynolds shear stress, the horizontal turbulent heat flux, the local Nusselt number and the wall shear stress, but slightly under-predicts the vertical turbulent heat flux. The performance of the ν$^2$- f model is comparable to that of the low-Reynolds-number differential stress and flux model except for the over-prediction of the horizontal turbulent heat flux. The two-layer model predicts poorly the mean vertical velocity component and under-predicts the wall shear stress and the local Nusselt number. The shear stress transport model predicts well the mean velocity, but the general performance of the shear stress transport model is nearly the same as that of the two-layer model, under-predicting the local Nusselt number and the turbulent quantities.
To utilize wind resources effectively around buildings in urban area, the magnitudes of wind velocity and turbulence intensity are important, which means the need of the information about the relationship between the magnitude of wind velocity and that of fluctuating wind velocity. In the paper, wind-tunnel experiments were performed to provide the information about Characteristic of Wind flow around buildings with the spanwise distance and the side ratio of buildings as variables. For a single building with the side ratios of one and two, the average velocity ratio was 1.4 and the velocity standard deviation ratio ranged from 1.4 to 2.6 at the height of 0.02m at the corner of the windward side, in which flow separation occurred. For twin buildings with the side ratios of one and two, the velocity ratio ranged from 2 to 2.5 as the spanwise distance varied at the height of 0.02m, and the velocity standard deviation ratio varied near 1.25. For twin buildings with the side ratios of one and two, the maximum velocity ratio was 1.75 at the height of 0.6m, and the maximum velocity standard deviation ratio was 2.1. It was also found from the results of CFD analysis and wind-tunnel experiments that for twin buildings with the side ratios of one and two, the difference between the velocity ratio of CFD analysis and that of wind-tunnel experiments at streamwise distances was near 0.75.
This paper studies the particularities of the forced vibration of the hydro-elastic system consisting of a moving elastic plate, compressible viscous fluid and rigid wall. This study is made by employing the discrete-analytical solution method proposed in the paper by the authors (Akbarov and Panakhli (2015)). It is assumed that in the initial state the fluid flow is caused by the axial movement of the plate and the additional lineally-located time-harmonic forces act on the plate and these forces cause additional flow field in the fluid and a stress-strain state in the plate. The stress-strain state in the plate is described by utilizing the exact equations and relations of the linear elastodynamics. However, the additional fluid flow field is described with linearized Navier-Stokes equations for a compressible viscous fluid. Numerical results related to the influence of the problem parameters on the frequency response of the normal stress acting on the plate fluid interface plane and fluid flow velocity on this plane are presented and discussed. In this discussion, attention is focused on the influence of the initial plate axial moving velocity on these responses. At the same, it is established that as a result of the plate moving a resonance type of phenomenon can take place under forced vibration of the system. Moreover, numerical results regarding the influence of the fluid compressibility on these responses are also presented and discussed.
Background: Diseases related to cerebrospinal fluid flow, such as hydrocephalus, syringomyelia, and Chiari malformation, are often found in small dogs. Although studies in human medicine have revealed a correlation with cerebrospinal fluid flow in these diseases by magnetic resonance imaging, there is little information and no standard data for normal dogs. Objectives: The purpose of this study was to obtain cerebrospinal fluid flow velocity data from the cerebral aqueduct and subarachnoid space at the foramen magnum in healthy beagle dogs. Methods: Six healthy beagle dogs were used in this experimental study. The dogs underwent phase-contrast and time-spatial labeling inversion pulse magnetic resonance imaging. Flow rate variations in the cerebrospinal fluid were observed using sagittal time-spatial labeling inversion pulse images. The pattern and velocity of cerebrospinal fluid flow were assessed using phase-contrast magnetic resonance imaging within the subarachnoid space at the foramen magnum level and the cerebral aqueduct. Results: In the ventral aspect of the subarachnoid space and cerebral aqueduct, the cerebrospinal fluid was characterized by a bidirectional flow throughout the cardiac cycle. The mean ± SD peak velocities through the ventral and dorsal aspects of the subarachnoid space and the cerebral aqueduct were 1.39 ± 0.13, 0.32 ± 0.12, and 0.76 ± 0.43 cm/s, respectively. Conclusions: Noninvasive visualization of cerebrospinal fluid flow movement with magnetic resonance imaging was feasible, and a reference dataset of cerebrospinal fluid flow peak velocities was obtained through the cervical subarachnoid space and cerebral aqueduct in healthy dogs.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.933-938
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2002
A pulsation of fluid in a pipe sometimes causes severe vibration of pipe. The inertia, damping and stiffness characteristics of pipe will be changed by the effect of fluid-structure interaction. The velocity and pressure of fluid will impose the force to a bended shape pipe. In this paper, a pipe with fluid flow is modeled by finite element method and the fluid force from pulsation is also modeled by the fluid dynamics. The vibration of pipe conveying pulsating fluid flow can be estimated by taking into consideration of fluid-structure interaction.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11a
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pp.391.1-391
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2002
A pulsation of fluid in a pipe sometimes cause severe vibration of pipe. The inertia, damping and stiffness characteristics of pipe will be changed by the effect of fluid-structure interaction. The velocity and pressure of fluid will impose the force to a bended shape pipe. In this paper, a pipe with fluid flow is modeled by finite element method and the fluid force from pulsation is also modeled by the fluid dynamics. The vibration of pipe conveying pulsating fluid flow can be estimated by taking into considering of fluid-structure interaction.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.2
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pp.108-115
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2016
In this paper, fluid-structure of interaction behavior of a fluid-filled cylindrical polymer container impacted by a high speed spherical projectile was studied using ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian) method. The hydrodynamic ram phenomenon occurred by the impact projectile penetrating through the container was investigated by examining time histories of projectile velocity and fluid pressure and density. The analysis results were agreed reasonably well compared to those by experiments.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.6
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pp.714-724
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1985
Two-phase(air-solid, air-liquid droplet) turbulent round jet has been analyzed numerically using two equation turbulence model. The mean motion of suspending particles in air has been treated as the secondary fluid with virtual density and eddy viscosity. In this paper, the local mean velocity of secondary fluid is not assumed to be the same as that of the primary one. Dissipation rate of turbulent kinetic energy which arises because the particles can not catch up with the turbulent fluctuations of the primary fluid has been modelled by using the concept of Kolmogorov's spectral energy transfer. Numerical computations were performed for flows with different volume fraction of the dispersed phase and the diameter of particle. Results show that the total rate of turbulent energy dissipation, turbulent intensities and spreading rate of jets are reduced by the increase of volume fraction of dispersed phase. However it does not show consistent tendency with increasing the particle diameter. This investigation also shows that presence of particles in the fluid modifies the structure of the primary fluid flow significantly. Predicted velocity profiles and turbulence properties qualitatively agree with available data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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