The erosion of solid particles in a pipe elbow was numerically investigated. A numerical procedure to estimate the sand erosion rate, as well as the particle motion, in the pipe elbow flow was introduced. This procedure was performed based on the combined empirical erosion model and computational fluid dynamics (CFD) analysis to consider the interaction between the particle motion and the eroded surface. The underlying turbulent flow on an Eulerian frame is described by the Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations with a $k-{\epsilon}$ turbulent model. The one-way coupled Eulerian-Lagrangian motion of the air flow and sand particles is employed to simulate the particle trajectories and particle-wall interactions on the pipe surfaces. The predicted CFD erosion magnitudes are compared with experimental data from pipe elbows. The erosion rate results do not reveal a good accordance between the simulation and experimental results. It seems that the CFD shows a slightly over-predicted erosion ratio.
Kim, Kyung-Ho;Shin, Jae-Ho;Lee, Sang-Hwan;Lee, Ju-Hee
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.14
no.6
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pp.35-44
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2011
Membrane filtration has become firmly established as a primary process for ensuring the purity, safety and efficiency of treatment of water or effluents. Several researches have been performed to develop and design membrane systems in order to increase the accuracy and performance of the processes. In this study, a lattice Boltzmann method for the cake layer has been developed using particle dynamics based on an immersed boundary method and the cake layer formation process on membrane has been numerically simulated. Case studies including various particle sizes were also performed for a microfiltration process. The growth rate of the cake layer thickness and the permeation flow rate along the membranes were predicted. The results of this study agreed well with that of previous experiments. Effects of various particle diameters on the membrane performance were studied. The cake layer of a large particle tended to be growing fast and the permeation flow going down rapidly at the beginning. The layer thickness of a small particle increased constantly and the flow rate was smaller than that of the large particle at the end of simulation time.
In this paper, numerical simulations on conical fluidized bed combustors were carried out to estimate the effect of coefficients of restitution between particle and particle and particle to wall on hydrodynamics and heat transfer. The Eulerian-Eulerian two-fluid model was used to simulate the hydrodynamics and heat transfer in a conical fluidized bed combustor. The solid phase properties were calculated by applying the kinetic theory of granular flow. Simulations results show that increasing the restitution coefficient between the particle and particle results in increasing the bed pressure drop. On other hand, the increasing of particle to wall coefficient of restitution results in decreasing the bed pressure drop. It is found that the coefficient of restitution has little effect on heat transfer.
In this work, we evaluated the characteristics of flow field and uniformity of the nose-only exposure chambers for the inhalation toxicity test. Computational fluid dynamics (CFD) modeling was carried out to demonstrate uniformity of the nose-only exposure chambers. Because it is very important in the inhalation toxicity experiments that test materials are distributed uniformly to each holder of the chamber. The test was done with these 3 types of chamber with different form to develop inhalation toxicity evaluation system, easy-to-operate system among exposure chamber used for evaluating inhalation toxicity of environmental chemical mixtures. Through CFD interpretation, nose-only exposure chamber was made with the selection of the optimal conditions. For its evaluation, one type of fragrance was selected and measured particle size distribution of each port. The gene becoming luminous to green fluorescence was combined with GPT-SPE, a type of tGFP vector, to be inhaled to the mouse. Based on this, luminous intensity was checked. As a result, total particle number concentration of each port had average value of $3.17{\times}10^6{\sharp}/cm^3$ and range of the highest and lowest concentration value was approximately ${\pm}4.8%$. Autopsy of lung tissues of mouse showed that it had clearly better delivery of gene compared to the control group.
A particle method recognized as one of gridless methods has been developed to investigate incompressible viscous flaw. The method is more feasible and effective than conventional grid methods for solving the flaw field with complicated boundary shapes or multiple bodies. The method is consists of particle interaction models representing pressure gradient, diffusion, incompressibility and the boundary conditions. In the present study, the models in case of various simulation condition were checked with the analytic solution, and applied to the two-dimensional Poiseuille flow in order to validate the developed method.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.2
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pp.16-21
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2017
An experimental study has been carried out to improve the performance of a commercial abrasive blasting nozzle, by simply redesigning the nozzle's inner contour. The analytical 1-D code, that can evaluate both the frictional effects on the nozzle inner wall and the sphericity effects of the particle, is utilized to calculate the dynamics of the particle inside the nozzle. The analytical results are compared to the experimental ones, that were obtained from images of the particle streaklines downstream from the nozzle exit. It is noted that the particle velocity at the redesigned nozzle exit increases as compared to the original commercial nozzle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.6
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pp.365-372
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2016
Using the computational fluid dynamics (CFD) technique, we simulated the fluid flow in a Taylor reactor considering the aggregation and breakage of particles. We calculated the population balance equation (PBE) to determine the particle-size distribution by implementing the quadrature method-of-moment (QMOM). It was used that six moments for an initial moments, the sum of Brownian kernel and turbulent kernel for aggregation kernel, and power-law kernel for breakage kernel. We predicted the final mean particle size when the particle had various initial volume fraction values. The result showed that the mean particle size and initial growth rate increased as the initial volume fraction of the particle increased.
A moon-pool is a vertical well in a floating barge, drilling ship, or offshore support vessel. In this study, numerical simulation of two-dimensional moon-pool flaw coupled with a ship's motion in waves is carried out using a particle method, the so-called MPS method. The particle method, which is recognized as one of the gridless methods, was developed to investigate nonlinear free-surface motions interacting with structures. The method is more feasible and effective than convectional grid methods in order to solve a flaw field with complicated boundary shapes.
Kim, Young-Hun;Jung, Sung-Jun;Lee, Byung-Hyuk;Hwang, Sung-Chul;Park, Jong-Chun
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.21
no.6
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pp.42-46
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2007
The impact of a single wave generated by a dam break with a tall structure is modeled with a three-dimensional version of the Moving particle semi-implicit (MPS) method. The particle method is more feasible and effective than methods based on grid connection problems involving violent free surface motions. In the present study, the Tsunami impact load and the change of longitudinal velocity component around the structure, which are obtained from the numerical simulation, are compared to those from experiments.
A particle method, recognized as one of gridless methods, has been developed to investigate non-linear free-surface motions interacting with structures. This method is more feasible and effective than conventional grid methods for solving flow fieldswith complicated boundary shapes. The method consists of particle interaction models representing pressure gradient, diffusion, incompressibility, and the free-surface boundary conditions without grids. In the present study, broken dam problems with various viscosity values are simulated to validate the developed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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