Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.10
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pp.2762-2772
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1994
Branch flows for Newtonian and non-Newtonian fluids are simulated by the finite volume method. The modified power-law model is employed as a constitutive equation of the non-Newtonian fluids. Numerical analyses are focused on understanding of flow patterns for different values of branch angles, diameter ratios and Reynolds numbers. The numerical results are compared with the existing experimental data. The calculated velocity profiles and pressure variations are in good agreement with available experimental results.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.3
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pp.47-55
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2013
Curved duct channel flow characteristics for non-Newtonian gel fluid is investigated. A simulant gel propellant mixed by Water, Carbopol 941 and NaOH solution has been chosen to analyze the gel propellant flow behavior. Rheological data have been measured prior to the flow analysis where water-gel propellant and water-gel propellant with $Al_2O_3$ nano particles are both used. The critical Dean number examined by the numerical simulation in the U-shape duct flow reveals that although water-gel-nano propellants have higher apparent viscosity, the critical Dean number do show no notable difference for both the two gel propellant. It is found that the power-law index may be a dominant parameter in determining the critical Dean number and that the gel with particles addition may be more vulnerable to Dean instability.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.4
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pp.325-331
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2016
A bathtub vortex above the outlet of a rotating barrel is simulated. By analyzing the Ekman layer theory, it can be found that the main flow circulation is inversely proportional to the thickness of Ekman layer. The thicker the Ekman boundary layer, the weaker the rotational strength and the shorter of the length of gas core is. According to this law, models of barriers with rods of different heights are established. The reduction of air-core length in this air entrainment vortex and weakening the strength of rotation field were achieved.
Application of biopolymers to improve the mechanical properties of soils has been extensively reported. However, a comprehensive understanding of various engineering applications is necessary to enhance their effectiveness. While numerous experimental studies have investigated the use of biopolymers as injection materials, a detailed understanding of their injection behavior in soil through numerical analyses is lacking. This study aimed to address this gap by employing pore network modeling techniques to analyze the injection characteristics of biopolymer solutions in soil. A pore network was constructed from computed tomography images of Ottawa 20-30 sand. Fluid flow simulations incorporated power-law parameters and governing equations to account for the viscosity characteristics of biopolymers. Agar gum was selected as the biopolymer for analysis, and its injection characteristics were evaluated in terms of concentration and pore-size distribution. Results indicate that the viscosity properties of biopolymer solutions significantly influence the injection characteristics, particularly concerning concentration and injection pressure. Furthermore, notable trends in injection characteristics were observed based on pore size and distribution. Importantly, in contrast to previous studies, meaningful correlations were established between the viscosity of the injected fluid, injection pressure, and injection distance. Thus, this study introduces a novel methodology for integrating pore network construction and fluid flow characteristics into biopolymer injections, with potential applications in optimizing field injections such as permeation grouting.
Different from the conventional planar fracture and simplified Newton model, for power-law slurries with a lower water-cement ratio commonly used in grouting engineering, flow model in geological rough fractures is built based on ten standard profiles from Barton (1977) in this study. The numerical algorithm is validated by experimental results. The flow mechanism, grout superiority, and water plugging of pseudo plastic slurry are revealed. The representations of hydraulic grouting properties for JRCs are obtained. The results show that effective plugging is based on the mechanical mechanisms of the fluctuant structural surface and higher viscosity at the middle of the fissure. The formulas of grouting parameters are always variable with the roughness and shear movement, which play a key role in grouting. The roughness can only be neglected after reaching a threshold. Grouting pressure increases with increasing roughness and has variable responses for different apertures within standard profiles. The whole process can be divided into three stationary zones and three transition zones, and there is a mutation region (10 < JRCs < 14) in smaller geological fractures. The fitting equations of different JRCs are obtained of power-law models satisfying the condition of -2 < coefficient < 0. The effects of small apertures and moderate to larger roughness (JRCs > 10.8) on the permeability of surfaces cannot be underestimated. The determination of grouting parameters depends on the slurry groutability in terms of its weakest link with discontinuous streamlines. For grouting water plugging, the water-cement ratio, grouting pressure and grouting additives should be determined by combining the flow conditions and the apparent widths of the main fracture and rough surface. This study provides a calculation method of grouting parameters for variable cement-based slurries. And the findings can help for better understanding of fluid flow and diffusion in geological fractures.
In this study a novel cogeneration system driven by low-temperature sources at a temperature level below $190^{\circ}C$ is investigated by first and second laws of thermodynamics. The system consists of Organic Rankine Cycle(ORC) and an additional heat generation as a parallel circuit. Seven working fluids of R143a, R22, R134a, R152a, $iC_4H_{10}$(isobutane), $C_4H_{10}$(butane), and R123a are considered in this work. Maximum mass flow rate of a working fluid relative to that of the source fluid and optimum turbine inlet pressure are considered to extract maximum power from the source. Results show that due to a combined heat and power generation, both the efficiencies by first and second laws can be significantly increased in comparison to a power generation, however, the second law efficiency is more resonable in the investigation of cogeneration systems. Results also show that the working fluid for the maximum system efficiency depends on the source temperature.
Flow in a channel with an obstruction at the entry can be reverse, stagnant or forward depending on the position of the obstruction. These flow phenomena have potential applications in the control of energy and various flows in process engineering. Parameters that affect this flow inside and around the test channel are the gap (g) between the obstruction geometry and the test channel, the Reynolds number (Re) and the length (L) of the test channel. The influence of these parameters on the flow behavior was investigated using a flat plate obstruction at the entry of the channel. A low concentration polyacrylamide solution (0.018% by weight) showing a powerlaw fluid behavior was used as the fluid in this investigation. The flow phenomena were investigated by the velocity measurement and the flow visualization and their results were compared with numerical simulation. These results of low concentration polyacrylamide solution are also compared with the results of water published elsewhere (Kabir et al., 2003). The maximum reverse flow inside the test channel observed was 20% - 30% of the outside test channel velocity at a g/w (gap to width) ratio of 1 for Reynolds numbers of 1000 to 3500. The influence of the test channel length (L) and the Reynolds number (Re) on the velocity ratio ($V_i$/$V_o$: inside velocity/outside velocity in the test channel) are also presented and discussed here.
Reynolds equation, which describes behavior of fluid film in journal bearings, basically satisfies mass conservation. But, boundary conditions usually used with this equation, e.g. half Sommerfeld or Reynolds boundary conditions, cannot fulfill this natural law of conservation. In the case of connecting rod bearing, where applied load is dynamic and its magnitude is relatively large, such unrealistic boundary conditions have serious influence on calculation results, especially on lubricant flow rate or power disspation which are important parameters in thermal analysis. In this paper, mass-conserving boundary condition was applied in the finite element analysis of connecting rod bearings. Lubricant flow rate and power dissipation rate were calculated together with journal center locus, minimum film thickness and maxmium film pressure. These computation results were compared with those of the case of Reynolds boundary condition. Balance between inlet and outlet flow rate was well achieved in the case of mass-conserving boundary condition.
Dang, Van-Hieu;Sedighi, Hamid M.;Chan, Do Quang;Civalek, Omer;Abouelregal, Ahmed E.
Structural Engineering and Mechanics
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v.78
no.1
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pp.103-116
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2021
In this work, a model of a functionally graded (FG) nanotube conveying fluid embedded in an elastic medium is developed based on the nonlocal strain gradient theory (NSGT) in conjunction with Euler-Bernoulli beam theory (EBT). The main objective of this research is to investigate the nonlinear vibration and stability analysis of fluid-conveying nanotubes. The governing equations of motion are derived by means of Hamiltonian principle. The analytical expressions of nonlinear frequencies and critical flow velocities for two different types of boundary conditions including pinned-pinned (P-P) and clamped-clamped (C-C) conditions are obtained by employing Galerkin method as well as Hamiltonian Approach (HA). Comparison of the obtained results with the published works show the acceptable accuracy of the current solutions. The effects of the power-law index, the nonlocal and material length scale parameters and the elastic medium on the stability and nonlinear responses of FG nanotubes are thoroughly investigated and discussed.
The objective of this study is to get simulation data about pulsatile flow of a non-Newtonian fluid through a bifurcated tube. All the process was based on CFD method, with a commercial FVM code, SC/Tetra ver. 6.0 for solving, and with CATIA R16 for generating geometries. To define a non-Newtonian fluid, the following viscous models are used; the Powell-Eyring model, the modified Powell-Eyring model, the Cross model, the modified Cross model, the Carreau model, the Carreau-Yasuda model and the modified Power Law model. The flow calculation data using each model were compared with the other data of a existing paper. Finally, the Carreau model was recognized to give the best result with the SC/Tetra code, and the succeeding simulations are made with the model. For the pulsating flow condition, the sine wave type velocity profile is given as the inlet boundary condition. To investigate the effect of geometries and mesh, the pre-test is carried out with various curvature conditions of the bifurcated corner, and then with various mesh conditions. The final process is to calculate flow variables such as the wall shear stress (WSS) and the wall shear stress gradient (WSSG). To validate all the result, the simulation is compared with the existing data of the other papers. Generally speaking, there is a noticeable difference in the maximum and minimum value of WSS. It is not sure that the values in each data are on the exactly same location. However, the overall trend is similar. The next study needs to investigate the same situation by experimental method. Furthermore, if the flow is simulated with more pulsatile conditions, more data of flow field through a bifurcated tube could be achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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