Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.12
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pp.1647-1656
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1998
The drag reduction is the phenomenon that occurs only when the shear stress from the wall of pipe is beyond the critical point. The drag reduction increase as the molecular weight, concentration of the polymer and Reynolds number increase, but it is limited by Virk's maximum drag reduction asymptote. Because of the strong shear force for the polymer on the turbulent flow, the molecular weight and the drag reduction do not decrease. Such mechanical degradation of the polymer occurs in all polymer solvent systems. This paper is to identify and develop high performance polymer additives for fluid transportations with the benefits of turbulent drag reduction. In addition, drag reduction in vertical flow by measuring the pressure drop and local void fraction on vertical-up flow of close system is evaluated.
The rheological properties of complex materials such as polymer melts show complicated non-Newtonian flow phenomena when they are subjected to shear flow. These flow properties are controlled by the characteristics of flow units and the interactions among the flow segments. The non-Newtonian flow curves of poly(vinyl alcohol) hydrogel were obtained in various concentrations and temperatures by using a cone-plate rheometer. By applying non-Newtonian flow equation to the flow curves for PVA hydrogel samples, the rheological parameters were obtained. The PVA hydrogel samples are shear thinning under increasing shear rate modes which result in thixotropic behavior.
In order to monitor the pipe thinning caused by flow-accelerated corrosion (FAC) that occurs in coolant piping systems, a shear horizontal ultrasonic pitch-catch waveguide technique was developed for accurate pipe wall thickness monitoring. A clamping device for dry coupling contact between the end of the waveguide and pipe surface was designed and fabricated. A computer program for multi-channel on-line monitoring of the pipe thickness at high temperature was also developed. Both a four-channel buffer rod pulse-echo type and a shear horizontal ultrasonic waveguide type for high-temperature thickness monitoring system were successfully installed to the test section of the FAC proof test facility. The overall measurement error can be estimated as ${\pm}10{\mu}m$ during a cycle from room temperature to $200^{\circ}C$.
The role of viscosity index improver's(Ⅶ) additives for modem engine lubrication is complex. Under the condition of atmosphere or low shear rate, the characteristics of Ⅶ added lubricant is verified and quoted frequently for mathematical model of lubricant behavior. However, recent research shows that added lubricant has the characteristics of shear thinning at high shear rate condition although it performs well enough over the whole range of working temperature. At high shear rate, they show significant decrease of apparent viscosity irrespective of temperature. Many experimental researches verify that Ⅶ added lubricant shows boundary film layer formation on the solid surface as well as shear thinning effect by its polymeric molecular characteristics. The intend of our research is to verify the effects of Ⅶ from the viewpoint of continuum mechanics, because conventional Reynolds'equation with only pressure-viscosity relation cannot fully predict the lubricant behavior under the Ⅶ added condition. In these aspects, Reynolds'equation of Newtonian fluid model lacks the reflection of real fluid behavior and there is no way to explain the non-linear characteristics of Ⅶ added lubricant. In this research, we mathematically modeled the Ⅶ added lubricant behaviors which are the characteristics of non-Newtonian fluid behavior at high shear rate and boundary film formation on the solid surface. The consideration of elastic deformation in the contact region is also included in our computation and finally the converged film pressure and the film thickness with elastic deformation are obtained. The results are compared with those of Newtonian fluid model.
Seongin Moon;Jong Yeon Lee;Kyung-Mo Kim;Soon-Woo Han;Gyeong-Geun Lee;Wan-Young Maeng;Sebeom Oh;Dong-Jin Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.4
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pp.1244-1249
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2024
A combination of flow-accelerated corrosion (FAC) tests and corresponding computational fluid dynamics (CFD) tests were performed to determine the hydrodynamic parameters that could help predict the highly susceptible location to FAC in the elbow section. The accelerated FAC tests were performed on a specimen containing elbow sections fabricated using commercial 2-inch carbon steel pipe. The tests were conducted at flow rates of 9 m/s under the following conditions: water temperature of 150 ℃, dissolved oxygen <5 ppb, and pH 7. Thickness reduction of the specimen pipe due to FAC was measured using ultrasonic testing. CFD was conducted on the FAC test specimen, and the turbulence intensity, and shear stress were analyzed. Notably, the location of the maximum hydrodynamic parameters, that is, the wall shear stress and turbulent intensity, is also the same location with maximum FAC rate. Therefore, the shear stress and turbulence intensity can be used as hydrodynamic parameters that help predict the FAC-induced wall-thinning rate. The results provide a method to identify locations susceptible to FAC and can be useful for determining inspection priority in piping systems.
Zeta potential, sedimentation bulk density and rheology in the dispersion system have been studied in terms of solid loading (40-55 vol%), and types of additives. Ammonium polymethacrylate, glycerol, ethoxylated acetylenic diol, and polyvinyl alcohol have been used as the dispersant, cryo-protectant, surfactant, and binder, respectively. Sedimentation density greatly increased upon adding dispersant; the effect was more pronounced with ionic alumina suspension compared with covalent silicon carbide. With further addition of cryo-protectant and surfactant to dispersant, the sedimentation density increased somewhat. The suspension viscosity generally behaviored in an opposite manner to the sedimentation density, i.e., high sedimentation gave low high-shear viscosity, indicative of low order structure formation in the suspended particles. Shear rate rheology in shear rate of $2-300\;sec^{-1}$ showed a shear thinning and its onset began at similar shear rate (${\sim}100\;sce^{-1}$), regardless of solid loading.
Kim, Jeong-Hwa;Song, Ki-Won;Lee, Jang-Oo;Lee, Chi-Ho
Journal of Pharmaceutical Investigation
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v.25
no.3
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pp.213-221
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1995
The steady shear flow properties of six kinds of commercial toothpastes were measured using a concentric cylinder type rheometer. In this paper, the shear rate and temperature dependencies of their flow behavior were investigated and the validity of the Casson and Herschel-Bulkley models was examined. Further, the flow properties over a wide temperature range were quantitatively evaluated by calculating the various material parameters. Main results obtained from this study can be summarized as follows: (1) Toothpastes are plastic fluids with a yield stress and their flow behavior shows shear-thinning characteristics. (2) With increasing temperature, the degree of shear-thinning becomes weaker and the Newtonian flow behavior occurs at a lower shear rate range. (3) The Herschel-Bulkley model is more effective than the Casson model in predicting their flow behavior. (4) As the temperature increases, the yield stress, plastic viscosity and consistency index become smaller, on the contrary, the flow behavior index becomes larger.
Sim, Hun Gu;Lee, Chang Jun;Kim, Un Jeon;Bae, Hyeong Seok
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.21
no.9
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pp.875-881
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2000
We study the rheological properties of concentrated polymer solution and the melt under simple shear and elon-gational flow using Brownian dynamicssimulation. In order to describe the anisotropic molecular motion, we modifiedthe Giesekus' mobility tensor by incorporating the finitely extensible non-linear elastic (FENE) spring force into dumbbell model. To elucidate the nature of this model, our simulation results are compared with the data of FENE-P ("P"standsfor the Perterin) dumbbell model and experiments. While in steady state both original FENE and FENE-P models exhibit a similar viscosity response,the growthof viscosity becomes dissimilar as the anisotropy decreases and the flowrate increases. The steady state viscosity obtained from the simulation well describes the experiments including the shear-thinning behavior in shear flow and viscosity-thinning behavior in elongational flow. But the growth of viscosity oforiginal FENE dumbbell model cannot describe the experimental results in both flow fields.
Viscoelastic fluid is used in various industrial sites because its cost reduction and environmental benefits by preventing formation of fine droplets that scattered around. However, viscoelastic fluids, unlike newtonian fluids, contain a shear thinning characteristic that decrease in viscosity as shear rate increases and elastic characteristic, making it difficult to predict spray breakup process. In this study we made three test fluids. Boger fluid with viscoelastic characteristics, and two newtonian fluids, were prepared to exclude shear thinning characteristics and study the effects of elastic characteristic only. Flow visualization, spray angle, and SMD were measured for three test fluids using laboratory scale impinging jet test apparatus. As a result, it was confirmed that Boger fluid, unlike the newtonian fluid, was not formed fine droplets that scattered around and the breakup process appeared differently. In addition, SMD was found to be large in Boger fluid, and the SMD according to pressure was confirmed that there is no significant difference.
Kim, Jeong-Hwa;Song, Ki-Won;Jang, Gap-Shik;Lee, Jang-Oo;Lee, Chi-Ho
YAKHAK HOEJI
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v.41
no.1
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pp.38-47
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1997
Using a concentric cylinder type, rheometer. the steady shear flow properties of vaseline were measured over the temperature range of 20~70${\circ}$C. In this paper, the shea rate and temperature dependencies of its flow behavior were investigated and the validity of some flow models was examined. In addition, the flow characteristics over a wide temperature range were quantitatively evaluated by calculating the various material parameters. Main findings obtained from this study can be summarized as follows: (1) At relatively lower temperature range, vaseline is a plastic fluid with a yield stress and its flow behavior shows shear-thinning characteristics. (2) As the temperature increases, the value of a yield stress and the degree of shear-thinning become smaller, consequently, the Newtonian flow behavior occurs at a lower shear rate range. (3) At temperature range lower than 45${\circ}$C, the flow behavior shows much stronger temperature dependence, and a larger activation energy is needed for flow. (4) The Herschel-Bulkley model is the most effective one g$^3$ to predict the flow behavior of vaseline having a yield stress. The validity of the Bingham and Casson models becomes more available with increasing temperature. The flow behavior of vaseline at temperature range higher than 45${\circ}$C can be perfectly described by the Newton model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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