Kang Ho-Keun;Ro Ki-Deok;Son Kang-Pil;Choi Min-Sun;Lee Young-Ho
Proceedings of the KSME Conference
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대한기계학회 2002년도 학술대회지
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pp.557-560
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2002
In this study, simulation of weak shock waves are peformed by a two-dimensional thermal fluid or compressible fluid model of the lattice Boltzmann method. The shock wave represents an abrupt change in fluids properties, in which finite variations in pressure, internal energies, and density occur over the shock thickness. The characteristics of the proposed model with a simple distribution function is verified by calculation of the sound speeds, and the shock tube problem. The reflection of a weak shock wave by wedge propagating in a channel is performed. The results agree well with those by finite difference method or by experiment. In the simulation of unsteady shock wave diffraction around a sharp corner, we show a flow field of vortical structure near the comer.
It has been confirmed that implementation of the no-slip boundary conditions for the lattice-Boltzmann method play an important role in the overall accuracy of the numerical solutions as well as the stability of the solution procedure. We in this paper propose a new algorithm, i.e. the method of the dynamic boundary condition for no-slip boundary condition. The distribution functions on the wall along each of the links across the physical boundary are assumed to be composed of equilibrium and nonequilibrium parts which inherit the idea of Guo's extrapolation method. In the proposed algorithm, we apply a dynamic equation to reflect the computational slip velocity error occurred on the actual wall boundary to the correction; the calculated slip velocity error dynamically corrects the fictitious velocity on the wall nodes which are subsequently employed to the computation of equilibrium distribution functions on the wall nodes. Along with the dynamic selfcorrecting process, the calculation efficiently approaches the steady state. Numerical results show that the dynamic boundary method is featured with high accuracy and simplicity.
Immersed boundary lattice Boltzmann method has been applied to analyze the characteristics of the self-propelled fish motion swimming robot. The airfoil NACA0012 with caudal fin stroke model was considered to examine the characteristics. The foil in steady forward motion and a combination of steady-state harmonic deformation produces thrust through the formation of a flow downstream from the trailing edge. The harmonic motion of the foil causes unsteady shedding of vorticity from the trailing edge, while forming the vortices at the leading edge as well. The resultant thrust is developed by the pressure difference formed on the upper and lower surface of the airfoil. and the time averaged thrust coefficient increases as Re increase in the region of $Re{\leqq}700$. The suggested numerical method is suitable to develop the fish-motion model to control the swimming robot, however It would need to extend in 3D analysis to examine the higher Re and to determine the more detail mechanism of thrust production.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권1호
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pp.53-61
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2010
In the present study, a laminar natural convection flow of $H_2O$-Cu nanofluid in a two dimensional enclosure has been investigated using a thermal lattice Boltzmann approach with the Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) model. The effect of suspended nanoparticles on the fluid flow and heat transfer process have been studied for different controlling parameters such as particle volume fraction ($\Phi$), Rayleigh number (Ra). For this investigation the Rayleigh number changes from 104 to 106 and volume fraction varied from 0 to 10% with three different particle diameters (dp), say 10 nm, 20 nm and 40 nm. It is shown that increasing the Rayleigh number (Ra) and the volume fraction of nanofluid causes an increase of the effective heat transfer rate in terms of average Nusselt number (Nu) as well as the thermal conductivity of nanofluid. On the other hand, increasing the particle diameter causes the decrease of the heat transfer rate and thermal conductivity. The result of the analysis are compared with experimental and numerical data both for pure and nanofluids and it is seen a relatively good agreement.
Translocation of biopolymers such as DNA and RNA through a nano-pore is an important process in biotechnology applications. The translocation process of a biopolymer through an artificial nano-pore in the presence of a fluid solvent is simulated. The polymer motion is simulated by Langevin molecular dynamics (MD) techniques while the solvent dynamics are taken into account by lattice-Boltzmann method (LBM). The hydrodynamic interactions are considered explicitly by coupling the polymer and solvent through the frictional and the random forces. From simulation results we found that the hydrodynamic interactions between polymer and solvent speed-up the translocation process. The translocation time ${\tao}_T$ scales with the chain length N as ${{\tau}_T}^{\propto}N^{\alpha}$. The value of scaling exponents($\alpha$) obtained from our simulations are $1.29{\pm}0.03$ and $1.41{\pm}0.03$, with and without hydrodynamic interactions, respectively. Our simulation results are in good agreement with the experimentally observed value of $\alpha$, which is equal to $1.27{\pm}0.03$, particularly when hydrodynamic interaction effects are taken into account.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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제39권8호
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pp.677-682
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2015
We simulate an emulsion system under simple shear rates to analyze its rheological characteristics using the lattice Boltzmann method (LBM). We calculate the relative viscosity of an emulsion under a simple shear flow along with changes in temperature, shear rate, and surfactant concentration. The relative viscosity of emulsions decreased with an increase in temperature. We observed the shear-thinning phenomena, which is responsible for the inverse proportion between the shear rate and viscosity. An increase in the interfacial tension caused a decrease in the relative viscosity of the decane-in-water emulsion because the increased deformation caused by the decreased interfacial tension significantly influenced the wall shear stress.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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제40권1호
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pp.47-53
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2016
The electrolyte wetting phenomena occurring in the electrode of lithium-ion battery was studied using lattice Boltzmann method (LBM). Recently, lithium-ion batteries are being mixed with small particles on the active material to increase the capacity and energy density during the electrode design stage. The change to the mixing ratio may influence the wettability of electrolyte. In this study, the changes in electrolyte distribution and saturation were investigated according to various mixing ratios of active material. We found that the variations in mixing ratio of active material affect the wetting mechanism, and result in changes to the wetting speed and wettability of electrolyte.
This study describes the numerical simulation of three-dimensional droplet formation and the following motion in a cross-junction microchannel by using the Lattice Boltzmann Method (LBM). Our aim is to develop the three-dimensional binary fluids model, consisting of two sets of distribution functions to represent the total fluid density and the density difference, which introduces the repulsive interaction consistent with a free-energy function between two fluids. We validated the LBM code with the velocity profile in a 3-dimensional rectangular channel. Then, we applied our code to the numerical simulation of a binary fluid flow in a cross-junction channel focusing on the investigation of the droplet formulation. Due to the pressure and interfacial-tension effect, one component of the fluids which is injected from one inlet is cut off into many droplets periodically by the other component which is injected from the other inlets. We considered the effect of the boundary conditions for density difference (order parameter) on the wetting of the droplet to the side walls.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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제38권4호
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pp.357-363
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2014
The electrolyte wetting phenomena in the electrode of lithium ion battery is studied numerically using a multiphase lattice Boltzmann method (LBM). When a porous electrode is compressed during roll-pressing process, the porosity and thickness of the compressed electrode are changed, which can affect its wettability. In this study, the change in electrolyte distribution and degree of saturation as a result of varying the compression ratio are investigated with two-dimensional LBM approach. We found that changes in the electrolyte transport path are caused by a reduction in through-plane pore size and result in a decrease in the wettability of the compressed electrode.
The two-dimensional circular cylinder freely falling in a channel has been simulated by using Immersed boundary - lattice Boltzmann method in order to analyze the characteristics of motion originated by the interaction between the fluid and the solid. The wide range of the solid/fluid density ratio has been considered to identify the effect of the solid/fluid density ratio on the motion characteristics such as the falling time, the terminal velocity and the trajectory in the vertical and horizontal directions. In addition, the effect of the gap between the cylinder and the wall on the motion of two-dimensional circular cylinder freely falling has been revealed by taking into account a various range of the gap size. The Reynolds number in terms of the terminal velocity is diminished as the cylinder becomes close to the wall at the initial dropping position, since the repulsive force induced between the cylinder and wall constrains the vertical motion. Quantitative information about the flow variables such as the pressure coefficient and vorticity on the cylinders is highlighted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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