Gao, Hongjie;Li, Xinyu;Nezhad, Abdolreza Hooshmandi;Behshad, Amir
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.4
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pp.523-527
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2022
The objective of this study is to simulate the flow in pipes with various boundary conditions. Free-pressure fluid model, is used in the pipe based on Navier-Stokes equation. The models are solved by using the numerical method. A problem called "stability of pipes" is used in order to compare frequency and critical fluid velocity. When the initial conditions of problem satisfied the instability conditions, the free-pressure model could accurately predict discontinuities in the solution field. Employing nonlinear strains-displacements, stress-strain energy method the governing equations were derived using Hamilton's principal. Differential quadrature method (DQM) is used for obtaining the frequency and critical fluid velocity. The results of this paper are analyzed by hyperbolic numerical method. Results show that the level of numerical diffusion in the solution field and the range of well-posedness are two important criteria for selecting the two-fluid models. The solutions for predicting the flow variables is approximately equal to the two-pressure model 2. Therefore, the predicted pressure changes profile in the two-pressure model is more consistent with actual physics. Therefore, in numerical modeling of gas-liquid two-phase flows in the vertical pipe, the present model can be applied.
Fakhar, Mohammad Hosein;Fakhar, Ahmad;Tabatabaei, Hamidreza
Steel and Composite Structures
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v.30
no.3
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pp.281-292
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2019
In this paper, analysis of critical fluid velocity and heat transfer in the nanocomposite pipes conveying nanofluid is presented. The pipe is reinforced by carbon nanotubes (CNTs) and the fluid is mixed by $AL_2O_3$ nanoparticles. The material properties of the nanocomposite pipe and nanofluid are considered temperature-dependent and the structure is subjected to magnetic field. The forces of fluid viscosity and turbulent pressure are obtained using momentum equations of fluid. Based on energy balance, the convection of inner and outer fluids, conduction of pipe and heat generation are considered. For mathematical modeling of the nanocomposite pipes, the first order shear deformation theory (FSDT) and energy method are used. Utilizing the Lagrange method, the coupled pipe-nanofluid motion equations are derived. Applying a semi-analytical method, the motion equations are solved for obtaining the critical fluid velocity and critical Reynolds and Nusselt numbers. The effects of CNTs volume percent, $AL_2O_3$ nanoparticles volume percent, length to radius ratio of the pipe and shell surface roughness were shown on the critical fluid velocity, critical Reynolds and Nusselt numbers. The results are validated with other published work which shows the accuracy of obtained results of this work. Numerical results indicate that for heat generation of $Q=10MW/m^3$, adding 6% $AL_2O_3$ nanoparticles to the fluid increases 20% the critical fluid velocity and 15% the Nusselt number which can be useful for heat exchangers.
Soares, Alexandre K.;Covas, Didia I.C.;Ramos, Helena M.;Reis, Luisa Fernanda R.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.269-277
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2009
The current paper focuses on the analysis of transient cavitating flow in pressurised polyethylene pipes, which are characterized by viscoelastic rheological behaviour. A hydraulic transient solver that describes fluid transients in plastic pipes has been developed. This solver incorporates the description of dynamic effects related to the energy dissipation (unsteady friction), the rheological mechanical behaviour of the viscoelastic pipe and the cavitating pipe flow. The Discrete Vapour Cavity Model (DVCM) and the Discrete Gas Cavity Model (DGCM) have been used to describe transient cavitating flow. Such models assume that discrete air cavities are formed in fixed sections of the pipeline and consider a constant wave speed in pipe reaches between these cavities. The cavity dimension (and pressure) is allowed to grow and collapse according to the mass conservation principle. An extensive experimental programme has been carried out in an experimental set-up composed of high-density polyethylene (HDPE) pipes, assembled at Instituto Superior T$\acute{e}$cnico of Lisbon, Portugal. The experimental facility is composed of a single pipeline with a total length of 203 m and inner diameter of 44 mm. The creep function of HDPE pipes was determined by using an inverse model based on transient pressure data collected during experimental runs without cavitating flow. Transient tests were carried out by the fast closure of the ball valves located at downstream end of the pipeline for the non-cavitating flow and at upstream for the cavitating flow. Once the rheological behaviour of HDPE pipes were known, computational simulations have been run in order to describe the hydraulic behaviour of the system for the cavitating pipe flow. The calibrated transient solver is capable of accurately describing the attenuation, dispersion and shape of observed transient pressures. The effects related to the viscoelasticity of HDPE pipes and to the occurrence of vapour pressures during the transient event are discussed.
In this study, vibration and stability of concrete pipes reinforced with carbon nanotubes (CNTs) conveying fluid are presented. Due to the existence of CNTs, the structure is subjected to magnetic field. The radial fore induced with fluid is calculated using Navier-Stokes equations. Characteristics of the equivalent composite are determined using Mori-Tanaka model. The concrete pipe is simulated with classical cylindrical shell model. Employing energy method and Hamilton's principal, the motion equations are derived. Frequency and critical fluid velocity of structure are obtained analytically based on Navier method for simply supported boundary conditions at both ends of the pipe. The effects of fluid, volume percent of CNTs, magnetic field and geometrical parameters are shown on the frequency and critical fluid velocity of system. Results show that with increasing volume percent of CNTs, the frequency and critical fluid velocity of concrete pipe are increased.
Fluid velocity analysis on the instability of pipes reinforced by silica nanoparticles ($SiO_2$) is presented in this paper. Mori-Tanaka model is used for obtaining the effective materials properties of the nanocomposite structure considering agglomeration effects. The well known Navier-Stokes equation is used for obtaining the applied force of fluid to pipe. Based on the Reddy higher-order shear deformation theory, the motion equations are derived based on energy method and Hamilton's principal. The frequency and critical fluid velocity of structure are calculated using differential quadrature method (DQM) so that the effects of different parameters such as volume fractions of SiO2 nanoparticles, SiO2 nanoparticles agglomeration, boundary conditions and geometrical parameters of pipes are considered on the nonlinear vibration and instability of the pipe. Results indicate that increasing the volume fractions of SiO2 nanoparticles, the frequency and critical fluid velocity of the structure are increased. Furthermore, considering SiO2 nanoparticles agglomeration, decreases the frequency and critical fluid velocity of the pipe.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.1077-1082
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2004
It is well known that the pipe will be unstable if the fluid velocity is higher than critical velocity. But even if the velocity of the fluid below the critical velocity, resonance will be caused by pulsation of the fluid. So, many people has studied about the piping system vibration due to a fluid pulsation. But almost guess that fluid has only one hamonic pulsation. Actually, like this case is rare quite. So, in this paper, we consider the vibration analysis of a pipe conveying fluid with several harmonic pulsations and compare the result which considers one hamonic pulsation with the result which considers several harmonic pulsations. And we verify the result in time domain again.
Zheng, Chuanzhang;Yan, Gongxing;Khadimallah, Mohamed Amiine;Nouri, Alireza Zamani;Behshad, Amir
Advances in concrete construction
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v.13
no.5
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pp.361-365
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2022
The objective of this study is to simulate the two-phase flow in pipes with various two-fluid models and determinate the shear stress. A hyperbolic shear deformation theory is used for modelling of the pipe. Two-fluid models are solved by using the conservative shock capturing method. Energy relations are used for deriving the motion equations. When the initial conditions of problem satisfied the Kelvin Helmholtz instability conditions, the free-pressure two-fluid model could accurately predict discontinuities in the solution field. A numerical solution is applied for computing the shear stress. The two-pressure two-fluid model produces more numerical diffusion compared to the free-pressure two-fluid and single-pressure two-fluid models. Results show that with increasing the two-phase percent, the shear stress is reduced.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.10
no.2
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pp.137-146
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1998
The experimental study is concerned with two-phase closed thermosyphons, (i.e., wickless heat pipes) for the cooling of high power electronic components in telecommunication system. The thermosyphon which can deal with a high heat flux of up to $4.9W/cm^2$ is developed, and the cooling characteristics of thermosyphon is analyzed according to design parameters which are the types of and quantity of working fluid, number of pipes, wire insertion in pipe, inclination angle of thermosyphon, and cooling air velocity. Using water as working fluid is superior cooling performance compared to using acetone, and cooling performance is improved as the number of thermosyphon becomes larger, inserting wires in the pipes, and inclination of $30~60^{\circ}$.
Flow meters in partly filled pipes are set up and run in Korea nowadays, but there are no standard calibration procedures for the flow meters in accordance with ' ISO/IEC 17025. The standard calibration procedure based on the standard calibration procedures for flow meter in closed conduits and the technical notes of flow meter's makers ' is developed. The measurement uncertainty of the calibration for the flow meter in partly filled pipes is evaluated.
This paper deals with the stability analysis of concrete pipes mixed with nanoparticles conveying fluid. Instead of cement, the $Fe_2O_3$ nanoparticles are used in construction of the concrete pipe. The Navier-Stokes equations are used for obtaining the radial force of the fluid. Mori-Tanaka model is used for calculating the effective material properties of the concrete $pipe-Fe_2O_3$ nanoparticles considering the agglomeration of the nanoparticles. The first order shear deformation theory (FSDT) is used for mathematical modeling of the structure. The motion equations are derived based on energy method and Hamilton's principal. An exact solution is used for stability analysis of the structure. The effects of fluid, volume percent and agglomeration of $Fe_2O_3$ nanoparticles, magnetic field and geometrical parameters of pipe are shown on the stability behaviour of system. Results show that considering the agglomeration of $Fe_2O_3$ nanoparticles, the critical fluid velocity of the concrete pipe is decreased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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