In this study, the validity of the Eshelby-type model for predicting the effective Young's modulus and in-plane Poisson's ratio of the 2-dimensional perforated plate has been investigated in terms of the porosity size and its arrangement. The predicted results by the Eshelby-type model are compared with those by finite element analysis. Whenever the ratio of the porosity size to the specimen size becomes smaller than 0.07, the effective elastic constants predicted by finite element analysis are convergent regardless of the arrangement of the porosities. Under these conditions, the effective Young's moduli of the perforated plate can be predicted within the accuracy of $5\%$ by the Eshelby-type model, which overestimates and underestimates the effective Poisson's ratios by $10\%\;and\;6\%$ for the plates with periodically and non-periodically arranged porosities, respectively.
The resistance to air flow through fruits and vegetables in bulk was an important consideration in the design of the pressure cooling system. The amount of resistance to air flow through produce in bulk normally depended upon air flow rate, stacking depth, porosity, stacking patterns and shape and site of product. But, there was not enough information relating the effects of those factors on air flow resistance. The objectives of this study were to investigate the effect of stacking depth, stacking patterns, porosity and airflow rate on airflow resistance and to develop a statistical model to predict static pressure drop across the produce bed as a function of air flow rate, stacking depth, bed porosity, and product size. Mandarins and tomatoes were used in the experiment. The airflow rate were in the range of 0.1~1.0 ㎥/s.$m^2$, the porosity were in the range of 0.25~0.45, the depth were in the range of 0.3~0.9m and the equivalent diameters were 5.3cm and 6.3cm for mandarins, and 6.5cm and 8.5cm for tomatoes. Three methods of stacking arrangement were used i.e. cubic, square staggered, and staggered stacking arrangement. The results were summarized as follows. 1. The pressure drops across produce bed increased in proportion to stacking depth and superficial air velocity and decreased in proportion to porosity. 2. The increasing rates of pressure drop according to stacking patterns with the increase of superficial air velocity were different one another. The staggered stacking arrangement produced the highest increasing rate and the cubic stacking arrangement produced the lowest increasing rate. But it could be assumed that the stacking patterns had not influenced greatly on pressure drops if it was of equal porosity. 3. The statistical models to predict the pressure drop across produce bed as a function of superficial air velocity, stacking depth, porosity, and product diameter were developed from these experiments.
수직으로 위치한 다공성의 방풍벽을 통과해 흐르는 공기의 난류 유동특성을 해석하였다. 방풍벽은 다수의 원형 단면으로 구성된 공극으로 구성하고, 다공도는 공극의 직경으로 조절하였다. 대부분의 결과는 FLUENT를 이용한 해석결과로 3차원 다공벽 주위의 유동특성을 제시하였으며, 방풍벽에 형성되는 압력분포를 통해 방풍벽의 항력계수를 제시하였다. 항력계수는 레이놀즈 수 및 다공도에 의해 정의되나 레이놀즈 수의 영향은 크지 않은 반면에 다공도에 대한 영향은 매우 크다. 3차원 공극을 갖는 방풍벽의 항력계수를 다공도의 함수로 제시하여 2차원 결과와 비교하였다.
Gacsi, Zoltan;Gur, C.Hakan;Makszimus, Andrea;Pieczonka, Tadeusz
한국분말야금학회:학술대회논문집
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한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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pp.1303-1304
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2006
The type, volume fraction, size, shape and arrangement of embedded particles influence the mechanical properties of the particle reinforced metal matrix composites. This presents the investigation of the SiC particle and porosity distributions in various aluminum matrix composites produced by cold- and hot-pressing. The microstructures were characterized by optical microscopy and stereological parameters. SiC and porosity volume fractions, and the anisotropy distribution function were measured to establish the influence of the consolidation method.
Xu, Mao;Patruno, Luca;Lo, Yuan-Lung;de Miranda, Stefano;Ubertini, Francesco
Wind and Structures
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제34권1호
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pp.1-14
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2022
In this work the flow through a hollow porous 5:1 rectangular cylinder made of perforated plates is numerically investigated by means of 2D URANS based simulations. Two approaches are adopted to account for the porous surfaces: in the first one the pores are explicitly modeled, so providing a detailed representation of the flow. In the second one, the porous surfaces are modeled by means of pressure jumps, which allow to take into account the presence of pores without reproducing the flow details. Results obtained by using the two aforementioned techniques are compared aiming at evaluating differences and similarities, as well as identifying the main flow features which might cause discrepancies. Results show that, even in the case of pores remarkably smaller than the immersed body, their arrangement can lead to local mechanisms able to affect the global flow arrangement, so limiting the accuracy of pressure jumps based simulations. Despite that, time-averaged fields often show a reasonable agreement between the two approaches.
In this study, the flow characteristics of the filter system were analyzed due to the effect of the density of the filter in the triple filter system. Flow analysis was performed as a flow passing through a porous medium. The flow characteristics of each filter system were analyzed by arranging filters with different densities in the forward flow flow and the reverse flow. The arrangement order of the triple filters was excellent in the case of forward fluid flow and in the case of higher density from the inside to the outside filter. In the reverse flow filter system, the performance of the system was the best in the case of reverse order filter arrangement. As a result of the analysis, Case II, which showed a pressure drop rate of 5.65% for forward flow, was the best in the reverse direction with a pressure drop rate of 14.25%. Considering reverse and forward flows, it was found that the optimal filter arrangement was most effective when the intermediate filter was the densest, and the inner or outer filter was less dense.
The flow characteristics of a circular cylinder surrounded by an outer permeable cylinder were experimentally investigated using Particle Image Velocimetry Technique in deep water flow. In order to consider the effects of diameter and porosity of the outer cylinder on flow structures of the inner cylinder, five different outer cylinder diameters (D=37.5, 52.5, 60, 75 and 90 mm) and eight different porosities (${\beta}$=0.4, 0.5, 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8 and 0.85) were selected. During the experiments, the diameter of inner cylinder was kept constant as d=30 mm. The depth-averaged free-stream velocity was adjusted as U=0.156 m/s, which corresponds to the Reynolds number of Re=5000 based on the inner cylinder diameter. It has been concluded that both the outer permeable cylinder diameter and the porosity have important influences on the attenuation of vortex shedding in the wake region. The presence of outer permeable cylinder decreases the magnitude of Reynolds shear stress and turbulent kinetic energy compared to the bare cylinder case. Moreover, the spectral analysis of vortex shedding frequency has revealed that the dominant frequency of vortex shedding downstream of the cylinder arrangement also reduces substantially due to the weakened Karman shear layer instability.
Xu, Mao;Patruno, Luca;Lo, Yuan-Lung;de Miranda, Stefano;Ubertini, Francesco
Wind and Structures
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제35권1호
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pp.67-81
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2022
While the aerodynamics of solid bluff bodies is reasonably well-understood and methodologies for their reliable numerical simulation are available, the aerodynamics of porous bluff bodies formed by assembling perforated plates has received less attention. The topic is nevertheless of great technical interest, due to their ubiquitous presence in applications (fences, windbreaks and double skin facades to name a few). This work follows previous investigations by the authors, aimed at verifying the consistency of numerical simulations based on the explicit modelling of the perforated plates geometry and their representation by means of pressure-jumps. In this work we further expand such investigations and, contextually, we provide insight into the flow arrangement and its sensitivity to important modelling and setup configurations. To this purpose, Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) and Large-Eddy Simulations (LES) are performed for a 5:1 rectangular cylinder at null angle of attack. Then, using URANS, porosity and attack angle are simultaneously varied. To the authors' knowledge this is the first time in which LES are used to model a porous bluff body and compare results obtained using the explicit modelling approach to those obtained relying on pressure-jumps. Despite the flow organization often shows noticeable differences, good agreement is found between the two modelling strategies in terms of drag force.
In this study, a flake-shaped metal powder was coated on a tube shaped pre-sintered 316L stainless steel support using a wet powder spraying process to fabricate a double pore structure, and the pore characteristics were analyzed according to coating time and tube rotation speed. The thickness of the coated layer was checked via optical microscopy, and porosity was measured using image analysis software. Air permeability was measured using a capillary flow porometer. As a result of the experiment, the optimal rotation speed of the support tube was established as 200 rpm. When the rotation speed was fixed, the coating thickness and the coating amount of the double pore structure increased as the coating time increased. The porosity of the double pore structure was increased due to the irregular arrangement of the flake-shaped powder. The air permeability of the double pore structure decreased with increasing fine pore layer thickness.
The binary mixture consists of two types of granular media with different physical attributes and sizes, which can be characterized by the percentage of large granules by weight (P) and the particle size ratio (${\alpha}$). Researchers determine that two thresholds ($P_S$ and $P_L$) exist for the peak shear strength of binary mixtures, i.e., at $P{\leq}P_S$, the peak shear strength is controlled by the small granules; at $P{\leq}P_L$, the peak shear strength is controlled by the large granules; at $P_S{\leq}P{\leq}P_L$, the peak shear strength is governed by both the large and small granules. However, the thresholds of binary mixtures with different ${\alpha}$ values, and the explanation related to the inner details of binary mixtures to account for why these thresholds exist, require further confirmation. This paper considers the mechanical behavior of binary mixtures with DEM analysis. The thresholds of binary mixtures are found to be strongly related to their coordination numbers $Z_L$ for all values of ${\alpha}$, where $Z_L$ denotes the partial coordination number only between the large particles. The arrangement structure of the large particles is examined when P approaches the thresholds, and a similar arrangement structure of large particles is formed in both 2D and 3D particle systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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