This paper presents the hydrodynamic design and performance analysis method for a miniaturized centrifugal blood pump using three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) code. In order to obtain the hydraulically high efficient configuration of a miniaturized centrifugal blood pump for cardiopulmonary circulation, a well-established commercial CFD code was incorporated considering detailed flow dynamic phenomena in the blood pump system. A prototype of centrifugal blood pump developed by the present design and analysis method has been tested in the mock circulatory system. Predicted results by the CFD code agree very well with in vitro hydraulic performance data for a centrifugal blood pump over the entire operating conditions. Preliminary in vivo animal testing has also been conducted to demonstrate the hemodynamic feasibility for use of centrifugal blood pump as a mechanical circulatory support. A miniaturized centrifugal blood pump developed by the hydraulic design optimization and performance prediction method presented herein shows the possibility of a good candidate for intra and extracorporeal cardiopulmonary circulation pump in the near future.
As the study of internal corrosion of pipeline need a large number of experiments as well as long time, so there is a need for new computational technique to expand the spectrum of the results and to save time. The present work represents a new non-destructive evaluation (NDE) technique for detecting the internal corrosion inside pipeline by evaluating the dielectric properties of steel pipe at room temperature by using electrical capacitance sensor (ECS), then predict the effect of pipeline environment temperature (${\theta}$) on the corrosion rates by designing an efficient artificial neural network (ANN) architecture. ECS consists of number of electrodes mounted on the outer surface of pipeline, the sensor shape, electrode configuration, and the number of electrodes that comprise three key elements of two dimensional capacitance sensors are illustrated. The variation in the dielectric signatures was employed to design electrical capacitance sensor (ECS) with high sensitivity to detect such defects. The rules of 24-electrode sensor parameters such as capacitance, capacitance change, and change rate of capacitance are discussed by ANSYS and MATLAB, which are combined to simulate sensor characteristic. A feed-forward neural network (FFNN) structure are applied, trained and tested to predict the finite element (FE) results of corrosion rates under room temperature, and then used the trained FFNN to predict corrosion rates at different temperature using MATLAB neural network toolbox. The FE results are in excellent agreement with an FFNN results, thus validating the accuracy and reliability of the proposed technique and leads to better understanding of the corrosion mechanism under different pipeline environmental temperature.
Traditional three-dimensional (3-D) laser imaging systems are based on real aperture imaging technology, whose resolution decreases as the range increases. In this paper, we develop a novel 3-D imaging technique based on the synthetic aperture technology in which the imaging resolution is significantly improved and does not degrade with the increase of the range. We consider an imaging laser radar (ladar) system using the floodlight transmitting mode and multi-beam receiving mode. High 3-D imaging resolutions are achieved by matched filtering the linear frequency modulated (LFM) signals respectively in range, synthetic aperture along-track, and the real aperture across-track. In this paper, a novel 3-D imaging signal model is given first. Because of the motion during the transmission of a sweep, the Doppler shift induced by the continuous motion is taken into account. And then, a proper algorithm for the 3-D imaging geometry is given. Finally, simulation results validate the effectiveness of the proposed technique.
This paper discusses the fabrication process for a Nipkow disk using micro-lens and pinhole disks. The confocal measuring system that uses the Nipkow disk has the advantage in measuring speed, because the Nipkow disk can simultaneously provide confocal images of all pixels in a CCD camera without requiring a lateral scanning unit. A micro-lens configuration, which focuses illumination on a pinhole, overcomes the low optical efficiency of the Nipkow disk system and allows its use in practical applications. This paper describes how to design the Nipkow disk in terms of numerical aperture, particularly for measuring the height of solder bumps in packaging application and for hybrid processes combining mechanical and semiconductor processes.
The PEM (polymer electrolyte membrane) fuel cell is one of the promising fuel cell systems as a new small power generating device for automobiles and buildings. The optimal design of cooling plates installed between MEA (membrane electrode assembly) is very important to achieve high performance and reliability of the PEMFC because it is very sensitive to temperature variations. In this study, six types of cooling plate models for the PEMFC including basic serpentine and parallel shapes were designed and their cooling performances were analyzed by using three-dimensional fluid dynamics with commercial software. The model 3 designed by revising the basic serpentine model represented the best cooling performance among them in the aspect of uniformity of temperature distribution and thermal reliability, The serpentine models showed higher pressure drop than the parallel models due to a higher flow rate.
This paper presents a 16-channel transimpedance amplifier (TIA) array implemented in a standard $0.18-{\mu}m$ CMOS technology for the applications of panoramic scan LADAR (PSL) systems. Since this array is the front-end circuits of the PSL systems to recover three dimensional image for unmanned vehicles, low-noise and high-gain characteristics are necessary. Thus, we propose a voltage-mode inverter TIA (I-TIA) array in this paper, of which measured results demonstrate that each channel of the array achieves $82-dB{\Omega}$ transimpedance gain, 565-MHz bandwidth for 0.5-pF photodiode capacitance, 6.7-pA/sqrt(Hz) noise current spectral density, and 33.8-mW power dissipation from a single 1.8-V supply. The measured eye-diagrams of the array confirm wide and clear eye-openings up to 1.3-Gb/s operations. Also, the optical pulse measurements estimate that the proposed 16-channel TIA array chip can detect signals within 20 meters away from the laser source. The whole chip occupies the area of $5.0{\times}1.1mm^2$ including I/O pads. For comparison, a current-mode 16-channel TIA array is also realized in the same $0.18-{\mu}m$ CMOS technology, which exploits regulated-cascode (RGC) input configuration. Measurements reveal that the I-TIA array achieves superior performance in optical pulse measurements.
The fully automatic algorithm from initial finite element mesh generation to remeshing in two dimensional geometry is introduced using bubble packing method (BPM) for finite element analysis. BPM determines the node placement by force-balancing configuration of bubbles and the triangular meshes are made by Delaunay triangulation with advancing front concept. In BPM, we suggest two node-search algorithms and the adaptive/recursive bubble controls to search the optimal nodal position. To use the automatically generated mesh information in FEA, the new enhanced bandwidth minimization scheme with high efficiency in CPU time is developed. In the remeshing stage, the mesh refinement is incorporated by the control of bubble size using two parameters. And Superconvergent Patch Recovery (SPR) technique is used for error estimation. To verify the capability of this algorithm, we consider two elasticity problems, one is the bending problem of short cantilever beam and the tension problem of infinite plate with hole. The numerical results indicate that the algorithm by BPM is able to refine the mesh based on a posteriori error and control the mesh size easily by two parameters.
A numerical study was performed for a vane of a compressor with a high-turning angle and meridional divergence. At first, the effect of the suction position was discussed. Then, the optimal suction position was applied to the cascades with the aspect ratio of 2.53 and 0.3, respectively, to get the knowledge of the effect of the endwall boundary layer removal on the secondary flow along the blade height. At last, using the critical principles of the three-dimensional separation, the topological structures of the flow patterns of the body surfaces and the separation configurations were discussed in detail. The results show that the largest reduction of the total loss can be achieved when the suction slot is near the suction side. The topological structure as well as the separation configuration varies due to boundary layer removal, which restrains the flow separation at the corner and delays or depresses the separation on the suction surface. Compared with the original cascade, the cascade with the endwall boundary layer removal has a higher blade loading along the most span. Furthermore the flow loss decreases and distributes uniformly along the span.
To realize uniform side pumping of solar lasers and improve their output power, a solar concentrating system based on off-axis parabolic mirrors is proposed. Four identical off-axis parabolic mirrors with focal length of 1,000 mm are toroidally arranged as the primary concentrator. Four two-dimensional compound parabolic concentrators (2D-CPCs) are designed as a secondary concentrator to further compress the focused spot induced by the parabolic mirrors, and the focused light is then homogenized by four rectangular diffusers and provides uniform pumping for a laser-crystal rod to achieve solar laser emission. Simulation results show that the solar power received by the laser rod, uniformity of the light spot, and output power of the solar laser are 7,872.7 W, 98%, and 351.8 W respectively. This uniform pumping configuration and concentrator design thus provide a new means for developing high-power side-pumped solid-state solar lasers.
Mohammad Khorasani;Luca Lampani;Abdelouahed Tounsi
Steel and Composite Structures
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제47권5호
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pp.633-644
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2023
Taking a look at the previously published papers, it is revealed that there is a porosity index limitation (around 0.35) for the mechanical behavior analysis of the functionally graded porous (FGP) structures. Over mentioned magnitude of the porosity index, the elastic modulus falls below zero for some parts of the structure thickness. Therefore, the current paper is presented to analyze the vibrational behavior of the FGP Timoshenko beams (FGPTBs) using a novel refined formulation regardless of the porosity index magnitude. The silica aerogel foundation and various hydrothermal loadings are assumed as the source of external forces. To obtain the FGPTB's properties, the power law is hired, and employing Hamilton's principle in conjunction with Navier's solution method, the governing equations are extracted and solved. In the end, the impact of the various variables as different beam materials, elastic foundation parameters, and porosity index is captured and displayed. It is revealed that changing hygrothermal loading from non-linear toward uniform configuration results in non-dimensional frequency and stiffness pushing up. Also, Al - Al2O3 as the material composition of the beam and the porosity presence with the O pattern, provide more rigidity in comparison with using other materials and other types of porosity dispersion. The presented computational model in this paper hopes to help add more accuracy to the structures' analysis in high-tech industries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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