Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.6
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pp.599-605
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2013
The characteristics of centrifugal pump performance according to fluid viscosity change were studied experimentally. A small volute pump with low specific speed was tested by changing the viscosity of an aqueous solution of sugar and glycerin, which is considered a Newtonian fluid. After finishing the test, the total head, shaft horsepower, and pump efficiency were compared with those of a water pump. The results are summarized as follows: (1) when the fluid viscosity is increased, the shut-off head shows very little change but the total head decreases gradually as the flow increases, and this makes the H-Q curve leaning rapidly, and (2) when the fluid viscosity is increased, the shaft horsepower shows very little change at the shutoff condition; however, the shaft horsepower increases more rapidly with an increase in the flow and viscosity.
Akbarov, Surkay D.;Ismailov, Meftun I.;Aliyev, Soltan A.
Coupled systems mechanics
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v.6
no.4
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pp.439-464
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2017
The hydro-elastic system consisting of a pre-stretched highly elastic plate, compressible Newtonian viscous fluid, and the rigid wall is considered and it is assumed that on the plate a lineal-located time-harmonic force acts. It is required to investigate the dynamic behavior of this system and determine how the problem parameters and especially the pre-straining of the plate acts on this behavior. The elasticity relations of the plate are described through the harmonic potential and linearized (with respect to perturbations caused by external time-harmonic force) form of these relations is used in the present investigation. The plane-strain state in the plate is considered and the motion of that is described within the scope of the three-dimensional linearized equations of elastic waves in elastic bodies with initial stresses. The motion of the fluid is described by the linearized Navier-Stokes equations and it is considered the plane-parallel flow of this fluid. The Fourier transform with respect to the space coordinate is applied for a solution to the corresponding boundary-value problem. Numerical results on the frequency response of the interface normal stress and normal velocity and the influence of the initial stretching of the plate on this response are presented and discussed. In particular, it is established that the initial stretching of the plate can decrease significantly the absolute values of the aforementioned quantities.
The prediction of pressure drop for a droplet flow in a confined micro channel is presented using FE-FTM (Finite Element - Front Tracking Method). A single droplet is passing through 5:1:5 contraction - straight narrow channel - expansion flow domain. The pressure drop is investigated especially when the droplet flows in the straight narrow channel. We explore the effects of droplet size, capillary number (Ca), viscosity ratio ($\chi$) between droplet and medium, and fluid elasticity represented by the Oldroyd-B constitutive model on the excess pressure drop (${\Delta}p^+$) against single phase flow. The tightly fitted droplets in the narrow channel are mainly considered in the range of $0.001{\leq}Ca{\leq}1$ and $0.01{\leq}{\chi}{\leq}100$. In Newtonian droplet/Newtonian medium, two characteristic features are observed. First, an approximate relation ${\Delta}p^+{\sim}{\chi}$ observed for ${\chi}{\geq}1$. The excess pressure drop necessary for droplet flow is roughly proportional to $\chi$. Second, ${\Delta}p^+$ seems inversely proportional to Ca, which is represented as ${\Delta}p^+{\sim}Ca^m$ with negative m irrespective of $\chi$. In addition, we observe that the film thickness (${\delta}_f$) between droplet interface and channel wall decreases with decreasing Ca, showing ${\delta}_f{\sim}Ca^n$ Can with positive n independent of $\chi$. Consequently, the excess pressure drop (${\Delta}p^+$) is strongly dependent on the film thickness (${\delta}_f$). The droplets larger than the channel width show enhancement of ${\Delta}p^+$, whereas the smaller droplets show no significant change in ${\Delta}p^+$. Also, the droplet deformation in the narrow channel is affected by the flow history of the contraction flow at the entrance region, but rather surprisingly ${\Delta}p^+$ is not affected by this flow history. Instead, ${\Delta}p^+$ is more dependent on ${\delta}_f$ irrespective of the droplet shape. As for the effect of fluid elasticity, an increase in ${\delta}_f$ induced by the normal stress difference in viscoelastic medium results in a drastic reduction of ${\Delta}p^+$.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.9
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pp.405-413
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2020
The normal stress of cement paste measured under squeeze flow is divided into an elastic solid region at strains between 0.0003 and 0.003 and a strain-hardening region at strains of 0.003 and 0.8. A modeling equation at the strain-hardening region was proposed. First, from the viewpoint of fluid behavior, the power-law non-Newtonian fluid model, with a power-law consistency (m) of 700 and a power index (n) of 0.2, was applied. The results showed good agreement with the experimental results except for an elastic solid region. Second, from the viewpoint of ductile yielding solid behavior, the force balance model was applied, and the friction coefficient between the sensor part measuring the load and the surface of the cement paste was derived as a polynomial of the normal strain by applying the half-interval search method to the experimental data. The results showed good agreement with the experimental results only in the middle normal strain region at strains between 0.003 and 0.3. The rheological behavior of the cement paste under squeeze flow was more consistent with the experimental results from the viewpoint of power-law non-Newtonian fluid behavior than from the viewpoint of ductile yielding solid behavior in the strain-hardening region.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.496-500
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2004
A new, commercially available polishing process called magnetorheological finishing is used to polish and figure precision optics. To understand and model this process correctly it is important to determine the mechanical properties of the fluid under the influence of the magnetic field. Magnetorheological (MR) fluids are commonly modeled as Bingham fluids, so one of the essential properties to measure is the yield stress. Since MR fluids are inherently anisotropic, the yield stress will depend on the mutual orientation of the magnetic field and the direction of deformation. The relative orientation of the field and deformation in polishing does not coincide with common rheological setups, so a new rheometer has been designed and tested. This new magnetorheometer design has been shown to give correct stresses during calibration experiments using Newtonian fluids with a known viscosity. The measured stress has also been shown to have a magnitude consistent with published finite element approximations for magnetic fluids. The design of the instrument was complicated because of the requirements imposed upon the magnetic field, and the difficulty in satisfying the no slip boundary condition. Our results show the importance of having a homogeneous field in the test region during measurements. The solutions to these problems and discussion of the measurements on nonmagnetic and magnetic fluids are given.
First, methods of numerical analysis of gas-particle flows is classified into micro, meso and macro scale approaches based on the concept of multi-scale mechanics. Next, the explanation moves on to discrete particle simulation where motion of individual particles is calculated numerically using the Newtonian equations of motion. The author focuses on the cases where particle-to-particle interaction has significant effects on the phenomena. Concerning the particle-to-particle interaction, two cases are considered: the one is collision-dominated flows and the other is the contact-dominated flows. To treat this interaction mathematically, techniques named DEM(Distinct Element Method) or DSMC (Direct Simulation Monte Carlo) have been developed DEM, which has been developed in the field of soil mechanics, is useful for the contact -dominated flows and DSMC method, developed in molecular gas flows, is for the collision-dominated flows. Combining DEM or DSMC with CFD (computer fluid dynamics), the discrete particle simulation becomes a more practical tool for industrial flows because not only the particle-particle interaction but particle-fluid interaction can be handled. As examples of simulations, various results are shown, such as hopper flows, particle segregation phenomena, particle mixing in a rotating drum, dense phase pneumatic conveying, spouted bed, dense phase fluidized bed, fast circulating fluidized bed and so on.
Jung G. S.;Seong H. C.;Shim E. B.;Ko H. J.;Min B. G.
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.705-706
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2002
Hemodynamics of the TPLS(Twin Pulse Life Support System) is numerically investigated to delineate the possibility of hemolysis in blood. Computational method employing finite element algorithm is utilized to solve the blood flow of the sac squeezed by moving actuator. We assume that the blood flow interacts with the sac material which is activated by the rigid body motion of the actuator. Valve dynamics at the ends of the sac is simplified as on/off type motion. We compute the transient viscous flow in the two-dimensional geometry of the blood sac. Incompressible laminar flow is simulated on the assumption of Newtonian fluid. Blood velocity has a step gradient near the throat of the sac formed by the moving actuator. According to the decrease of the gap size of blood passage, the magnitude of shear stress in the blood is dramatically increased. Numerical solutions show that the maximum value of shear stress in the blood flow in TPLS is relatively smaller than that of the roller type ECLS.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.4
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pp.1501-1509
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1996
Differential pressure devices such as an orifice and Venturi are widely used in the measurement of flow rate of fluid mainly due to cost effectiveness and easy installation. In the current study, the viscoelastic effect on discharge and loss coefficients of those flow meters were investigated experimentally. Aqueous solutions of Polyacrylamide (200, 500, and 800 ppm) as viscoelastic fluids were used. Discharge coefficient of an orifice for viscoelastic fluids increased significantly up to approximately 15-20% when compared with that for water, while loss coefficient decreased up to 10-25% depending on the diameter ratio, .betha.. Also, pressure recovery for viscoelastic fluids was extended much longer than that for water. On the other hand, discharge and loss coefficients of Venturi for viscoelastic fluids were found to be strongly dependent on the Reynolds number. In both flow meters, the concentration effect for discharge and loss coefficients was not observed at more over than 200 ppm of aqueous solution. Conclusively, orifice and Venturi flow meters should be calibrated very carefully in the flow rate measurement for viscoelastic fluids.
We analyzed the low wall-shear stress area in the intracranial aneurysm that occurred at an anterior communicating artery with a special emphasis on vortical structures close to the wall. We reconstructed the aneurysm model from patient CTA data. We assumed blood as an incompressible Newtonian fluid and treated the blood vessel as a solid wall. The pulsatile boundary condition was applied at the inlet of the anterior cerebral artery. From the instantaneous flow field, we computed the histogram of the wall-shear stress over the aneurysm wall and found the low wall-shear stress event (< 0.4 Pa). This extreme event was due to the low wall-shear stress area that occurred at the daughter sac. We found that the merging of two vortices induced the low wall-shear stress area; one arises from the morphological characteristics of the daughter sac, and the other is formed by a jet flow into the aneurysm sac. The latter approaches the daughter sac, which ultimately leads to the strong ejection event near the daughter sac.
The injection of polymer can significantly reduce drag, particularly in the turbulent flow region where the mutual interaction between the polymer and turbulent vortices occurs. In this study, Taylor-Couette flow of PEO-in-water solutions with a rotating inner cylinder was analyzed. Despite the shear-thinning behaviour of PEO-in-water solutions being well-documented, for a given range of shear rates their viscosity remains nearly constant. By varying the polymer concentration, we analyzed the torque evolution of different solutions followed by the viscoelasticity effects of the polymer on the interphase transition points. The torque was analyzed using a dimensionless torque scaling method, which allows for the assessment of the fluid's momentum transport capabilities. It was observed that for low concentrations of PEO, the flow behaviour exhibited only minor differences in comparison to that of water, the Newtonian fluid. However, once the PEO concentration exceeded the polymer overlap concentration, the flow behaviour was significantly altered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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