Polypropylene/layered silicate nanocomposites containing maleic anhydride grafted polypropylene were prepared by melt compounding and their rheological behavior was investigated in shear flow. Transient and steady shear flows were simulated numerically by using the K-BKZ integral constitutive equation along with experimentally determined damping functions under dynamic oscillatory and step strain shear flows. Nonlinear shear responses were predicted with the K-BKZ constitutive equation using two different damping functions such as the Wagner and PSM models. It was observed that PP-g-MAH compatibilized PP/layered silicate nanocomposites have stronger and earlier shear thinning and higher steady shear viscosity than pure PP resin or uncompatibilized nanocomposites at low shear rate regions. Strong damping behavior of the PP/layered silicate nanocomposite was predicted under large step shear strain and considered as a result of the strain-induced orientation of the organoclay in the shear flow. Steady shear viscosity of the pure PP and uncompatibilized nanocomposite predicted by the K-BKZ model was in good agreement with the experimental results at all shear rate regions. However, the model was inadequate to predict the steady shear viscosity of PP-g-MAH compatibilized nanocomposites quantitatively because the K-BKZ model overestimates strain-softening damping behavior for PP/layered silicate nanocomposites.
Flexible structures have been adopted in heat transfer systems as vortex generators. The flexible vortex generators immersed in a flow show a self-sustained oscillatory motion, which enhances fluid mixing and heat transfer. In the present study, the vortex generators in a two-dimensional channel flow are numerically investigated, and they are symmetrically mounted on the upper and lower walls with an inclination angle. The momentum interaction and heat transfer between the flexible vortex generators and the surrounding fluid are considered by using an immersed boundary method. The inclination angle is one of the important factors in determining the flapping kinematics of the flexible vortex generators. The flapping amplitude increases as the inclination angle increases, thereby enhancing fluid mixing. The heat transfer is enhanced up to 80% comparing to the baseline channel flow.
Dynamic characteristics of thermally-forced stratification process in a square enclosure with a linear temperature profile at the side walls have been investigated through flow visualization experiment and numerical analysis. The experiment was performed on air with the Rayleigh numbers of order $10^5$. A particle tracer method is used for the flow visualization and to obtain a sudden linear temperature profile at the side walls copper blocks which already have a linear temperature profile are come into contact with the thin copper plates of the test section. Immediately a meridional circulation is developed and heat transfer takes place from the wall to the interior region by circulation of fluid and finally a thermal stratification is achieved. In the numerical study, QUICK scheme for convective terms, SIMPLE algorithm for pressure correction, and the implicit method for the time marching are adopted for the integration of conservation equations. Comparison of flow visualization and numerical results shows that the developing flow patterns are very similar in dynamic nature even though there is a time lag due to the inevitable time delay in setting up a linear temperature profile. For high Rayleigh numbers, the oscillatory motion is likely to take place and stratified region is extended. However, initial temperature adjustment process is much slower than that for low Rayleigh numbers.
하이브리드 로켓 연소에서 발생하는 산화제 난류 유동과 연료의 기화로 인한 분출유동 사이의 상호 간섭은 매우 복잡하고 특별한 유동 간섭을 일으킨다. 이를 연구하기 위하여 연소반응을 제외하고, 산화제의 난류 유동과 연료 벽면에서의 분출 유동을 모사한 채널 유동에 대한 LES 해석을 수행하였다. 고체추진 로켓의 연소 과정에서 관찰되는 현상과 매우 흡사하게 벽면 근처에서 특정주파수로 진동하는 유동 현상이 존재한다는 것을 확인하였고, 산화제와 분출 유동의 간섭에 기인한 유동의 진동현상은 벽면 근처의 매우 얇은 영역에서만 존재하였다. 큰 길이 스케일의 유동현상을 보여주는 압력 섭동장으로부터 채널 내 주유동이 특정 주파수 특성을 갖고 하류로 진행해 가는데, 이는 산화제 유동이 분출유동과 상호작용을 하면서 발생된 전단유동의 특성을 나타낸 것이다. 그러나 하이브리드 로켓 연소실 유동의 진동 특성은 고체 추진 로켓에서 관찰되는 유동 특성과는 달리, 진동의 강도가 벽면에서 온도 구배를 변화시켜 열전달의 향상을 발생시키기에는 충분하지 못한 것으로 보인다. 그러나 벽면 근처에서 특정 주파수 특성을 갖는 유동현상이 존재한다는 사실은 비슷한 크기의 주파수를 갖는 음향 가진과 같은 외부교란이 작용한다면 공진으로 발전할 수 있는 가능성을 의미한다.
주기적으로 요동하는 외부유동에 의해 생성되는 캐버티 주위의 2차원 천수유동은 수치적으로 연구하였다. 실험결과와 비교하기 위해 T형의 용기모델을 수치적으로 계산하여 만들었다. 수치계산에서는 캐버티의 종횡비가 전체적인 유동패턴에 크게 영향을 끼치지 않고 종횡비 2에서는 캐버티의 깊은 부분에 정체된 유동형태가 생성되는 것을 제시한다. 높은 레이놀즈 수에서 유동을 가시화 시켰을 때 나다나지 않았던 많은 와류들이 유동장을 특성화 시키고 있다. 외부지역에서의 물질전달은 실험에서 나타난 입자궤적과 잘 일치한다. 캐버티의 외부지역에 위치한 두쌍의 와류가 규모가 큰 시계방향과 반시계방향의 순환유동을 발생시키는 원인이 되는 것이 증명된 셈이다.
Atherosclerosis, which is a degenerative vascular disease, is believed to occur in the blood vessels due to deposition of cholesterol or low density lipoprotein (LDL). Atherosclerotic lumen narrowing causes reduction of blood flow due to hemodynamic features. Several hypothetical theories related to the hemodynamic effects have been reported : high shear stress theory, low shear stress theory, high shear stress gradient theory, flow separation and turbulence theory, and high pressure theory. However, no one theory clearly explains, the causes of atherosclerosis. The objective of the present study was to investigate the mechanism of the generation of atherosclerosis. In the study, the database of Korean carotid and coronary arteries for geometrical and hemodynamic clinical data was established. The atherosclerotic sites were predicted by the computer simulations. The results of the computer simulation were compared with the in vivo experimental results, and then the pathogenesis of atherosclerosis by using the clinical data and several hypothetical theories were investigated. From the investigation, it was concluded carefully that the mechanism of the generation of atherosclerosis was related to the hemodynamic effects such as flow separation and oscillatory wall shear stress on the vessel walls.
Rheological behavior of commercial hot pepper-soybean paste (HPSP) was evaluated in small amplitude oscillatory and steady shear tests. Storage modulus (G'), loss modulus (G"), and complex viscosity (${\eta}^*$) as a function of angular frequency (${\omega}$), and shear stress (${\sigma}$) as a function of shear rate (${\gamma}$) data were obtained for 5 commercial HPSP samples. HPSP samples at $25^{\circ}C$ exhibited a non-Newtonian, shear-thinning flow behavior with high yield stresses and their flow behaviors were described by power law, Casson, and Herschel-Bulkley models. Time-dependent flow properties were also described by the Weltman, Hahn, and Figoni & Shoemaker models. Apparent viscosity over the temperature range of $5-35^{\circ}C$ obeyed the Arrhenius temperature relationship with activation energies (Ea) ranging 18.3-20.1 kJ/mol. Magnitudes of G' and G" increased with an increase in ${\omega}$, while ${\eta}^*$ decreased. G' values were higher than G" over the most of the frequency range (0.63-63 rad/sec), showing that they were frequency dependent. Steady shear viscosity and complex viscosity of the commercial HPSP did not fit the Cox-Merz rule.
The natural convective flow in a two-dimensional square enclosure with horizontal partitions is investigated numerically. The enclosure was composed of the lower hot and the upper cold horizontal walls and the adiabatic vertical walls, and two identical partitions were positioned perpendicularly at the mid-height of the right and left walls, respectively. The governing equations are solved by using the finite element method with Galerkin method. Calculations are made for different partition lengths, partition conductivites, and Rayleigh numbers based on the temperature difference between two horizontal walls and the enclosure height with water(Pr=4.95). An oscillatory motion of the natural convective flow is affected significantly by the variation of the gap width and Rayleigh number. When the gap width is comparatively short, the heat transfer rate is raised with the increase of the thermal conductivity of partitions. However, for sufficiently large gap widths at higher Rayleigh numbers, the average Nusselt numbers of the conductive partitions are smaller than those of the adiabatic partitions.
International Journal of Aerospace System Engineering
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제2권2호
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pp.58-61
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2015
Combustion instability in solid rocket motors is a long-term open problem since the first rockets were used. Based on the numerous previous studies, it is known that the limit cycle amplitude is one of the key characteristics of the nonlinear combustion instability in solid rocket motors. Flandro's extended energy balance corollary, aims to predict the limit cycle amplitude of complex, nonlinear pressure oscillations for rockets or air-breathing engines, and leads to a precise assessment of nonlinear combustion instability in solid rocket motors. However, based on the comparison with experimental data, it is revealed that the Flandro's method cannot accurately describe such a complex oscillatory pressure. Thus in this work we make modifications of the nonlinear term in the nonlinear wave equations which represents the interaction of different modes. Through this modified method, a numerical simulation of the cylindrical solid rocket has been carried out, and the simulated result consists well with the experimental data. It means that the added coefficient makes the nonlinear wave growth equations describe the experimental data better.
Turbulent natural convective flow and heat transfer in a square enclosure with horizontal partition are investigated numerically. The enclosure is composed of a lower hot and a upper cold horizontal walls and adiabatic vertical walls. Partitions carried with the upward, downward, and both control plates are attached perpendicularly to the one of the vertical insulated walls, respectively. The low Reynolds number $k-\varepsilon$ model is adopted to calculate the turbulent thermal convection. The governing equations are solved by using the finite element method with Galerkin method. The computations have been carried out by varying the length of partition, the position of control plates, and the Rayleigh number based on the temperature difference between two horizontal walls and the enclosure height for water(Pr=4.95). When the control plates are attached at the edge of partition, the stability of oscillating flow grows wrose with the increase of Rayleigh number and the partition length. The heat transfer rate has been reducer than that of no control plate due to the restraint of control plates with the increase of Rayleigh number.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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