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 research, experimental studies leave been performed on the hydrodynamic interaction between a spherical particle and a plane wall by measuring the force between the particle and wall. To approach the system as a resistance problem, a servo-driving system was set-up by assembling a microstepping motor, a ball screw and a linear motion guide for the particle motion. Glycerin and dilute solution of polyacrylamide in glycerin were used as Newtonian and non-Newtonian fluids, respectively. The polymer solution behaves like a Boger fluid when the concentration is 1,000 ppm or less. The experimental results were compared with the asymptotic solution of Stokes equation. The result shows that fluid inertia plays all important role in the particle-wall interaction in Newtonian fluid. This implies that the motion of two particles in suspension is not reversible even in Newtonian fluid. In non-Newtonian fluid, normal stress difference and viscoelasticity play important roles as expected. In the dilute solution weak shear thinning and the migration of polymer molecules in the inhomogeneous flow field also affect the physic of the problem.
Recently, some fluid-structure interaction (FSI) problems involving the fluid impact loads interacting with structures, such as sloshing, slamming, green-water, etc., have been considered, especially in the ocean engineering field. The governing equations for both an elastic solid model and flow model were originally derived from similar continuum mechanics principles. In this study, an elastic model based on a particle method, the MPS method, was developed for simulating the FSI problems. The developed model was first applied to a simple cantilever deflection problem for verification. Then, the model was coupled with the fluid flow model, the PNU (Pusan National University modified)-MPS method, and applied to the numerical investigation of the coupling effects between a cantilever and a mass of water, which has variable density, free-falling to the end of the cantilever.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.85-101
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2020
The optimal parameters for the fluid-structure interaction analysis using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) for fluids and finite elements for structures, respectively, are explored, and the effectiveness of the simulations with those parameters is validated by solving several open surface fluid problems. For the optimization of the Equation of State (EOS) and the simulation parameters such as the time step, initial particle spacing, and smoothing length factor, a dam-break problem and deflection of an elastic plate is selected, and the least squares analysis is performed on the simulation results. With the optimal values of the pivotal parameters, the accuracy of the simulation is validated by calculating the exerted force on a moving solid column in the open surface fluid. Overall, the SPH-FEM coupled simulation is very effective to calculate the fluid-structure interaction. However, the relevant parameters should be carefully selected to obtain accurate results.
In particle-based fluid simulation, applying sudden power to particle raise unnatural flow when wave is breaking. To solve this problem, we have used an linear interpolation technique that interpolate between fluid particle by subdividing the time interval in the previous work. Acceleration vector of the particle with increased pressure in boundary could change smoothly. However, particle looks like flow with viscosity because the number of the minimum samples to interpolate increases. We propose an weighted-interpolation technique to represent the realistic movement of fluid. it is accumulating that has added and assigned different weights to the previous acceleration vector and current one repeatedly. weighted-interpolation technique using less minium samples to flow than linear interpolation, so it can solve the problem which particle looks like flow with viscosity.
A splitting method for the direct numerical simulation of solid-liquid mixtures is presented, where a symmetric pressure equation is newly proposed. Through numerical experiment, it is found that the newly proposed splitting method works well with a matrix-free formulation fer some bench mark problems avoiding an erroneous pressure field which appears when using the conventional pressure equation of a splitting method. When deriving a typical pressure equation of a splitting method, the motion of a solid particle has to be approximated by the 'intermediate velocity' instead of treating it as unknowns since it is necessary as a boundary condition. Therefore, the motion of a solid particle is treated in such an explicit way that a particle moves by the known form drag (pressure drag) that is calculated from the pressure equation in the previous step. From the numerical experiment, it was shown that this method gives an erroneous pressure field even for the very small time step size as a particle velocity increases. In this paper, coupling the unknowns of particle velocities in the pressure equation is proposed, where the resulting matrix is reduced to the symmetric one by applying the projector of the combined formulation. It has been tested over some bench mark problems and gives reasonable pressure fields.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.7
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pp.455-462
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2017
The magnetic interaction between elliptic Janus magnetic particles are investigated using a direct simulation method. Each particle is a one-to-one mixture of paramagnetic and nonmagnetic materials. The fluid is assumed to be incompressible Newtonian and nonmagnetic. A uniform magnetic field is applied externally in a horizontal direction. A finite-element-based fictitious domain method is employed to solve the magnetic particulate flow in the creeping flow regime. In the magnetic problem, the magnetic field in the entire domain, including the particles and the fluid, is obtained by solving the governing equation for the magnetic potential. Then, the magnetic forces acting on the particles are calculated via a Maxwell stress tensor formulation. In a single particle problem, it is found that the orientation angle at equilibrium is affected by the aspect ratio of the particle. As for the two-particle interaction, the dynamics and the final conformation of the particles are significantly influenced by the aspect ratio, the orientation, and the spatial positions of the particles. For the given positions of the particles, the fluid flow is also influenced by the orientation of each particle. The self-assembly structure of the particles is not a fixed one, but it varies with the above-mentioned factors.
In this paper, we propose a new method to improve the details of the fluid surface by removing liquid sheets that are over-preserved in particle-based water simulation. A variety of anisotropic approaches have been proposed to address the surface noise problem, one of the chronic problems in particle-based fluid simulation. However, a method of stably expressing the preservation and breakup of the liquid sheet has not been proposed. We propose a new framework that can dynamically add and remove the water particles based on anisotropic kernel and density to simultaneously represent two features of liquid sheet preservation and breakup in particle-based fluid simulations. The proposed technique well represented the characteristics of a fluid sheet that was breakup by removing the excessively preserved liquid sheet in a particle-based fluid simulation approach. As a result, the quality of the liquid sheet was improved without noise.
We present a short review for authors' previous work on direct numerical simulations for inertialess hard particle suspensions formulated either with a Newtonian fluid or with viscoelastic polymeric fluids to understand the microstructural evolution and the bulk material behavior. We employ two well-defined bi-periodic domain concepts such that a single cell problem with a small number of particles may represent a large number of repeated structures: one is the sliding bi-periodic frame for simple shear flow and the other is the extensional bi-periodic frame for planar elongational flow. For implicit treatment of hydrodynamic interaction between particle and fluid, we use the finite-element/fictitious-domain method similar to the distributed Lagrangian multiplier (DLM) method together with the rigid ring description. The bi-periodic boundary conditions can be effectively incorportated as constraint equations and implemented by Lagrangian multipliers. The bulk stress can be evaluated by simple boundary integrals of stresslets on the particle boundary in such formulations. Some 2-D example results are presented to show effects of the solid fraction and the particle configuration on the shear and elongational viscosity along with the micro-structural evolution for both particles and fluid. Effects of the fluid elasticity has been also presented.
A particle method recognized as one of the gridless methods has been developed to investigate the nonlinear free-surface motions interacting to the structures. The method is more feasible and effective than convectional grid methods for solving the non-linear free-surface motion with complicated boundary shapes. The right-handed side of the governing equations for incompressible fluid, which includes gradient, viscous and external force terms, can be replaced by the particle interaction models. In the present study, the developed method is applied to the dam-broken problem on dried- and wet-floor and its adequacy will be discussed by the comparison with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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