The flow of an incompressible Ellis fluid in an inclined asymmetric channel, driven by peristaltic waves was studied under low Reynolds number and long wavelength assumptions. The wave on each side of the channel are assumed to be an infinite train of sinusoidal waves, both having the same constant wave speed and wavelength however, they vary in wave amplitude, channel half width and phase angle. We derived expressions for the axial and transverse velocities, volume flow rate, pressure rise per unit wavelength and streamlines. The effects of varying the wave amplitudes, the phase angle, the channel width, the angle of inclination of the channel as well as the fluid parameters on the flow were analyzed. Trapping conditions were determined and the presence of reflux highlighted using the streamlines for the necessary channel and fluid conditions. By varying the fluid parameters, changes in the fluid that deviated from the Newtonian case resulted in a reduction in the axial velocity in the neighborhood of the center of the channel and a simultaneous increase in the velocity at the periphery of the channel. A nonlinear relation was observed with the pressure rise and the volume flow rate. This nonlinear relation is more pronounced with an increase in the absolute value of the volume flow rate. For Newtonian fluids a linear relation exists between these two variables. The fluid parameters had little effects on the streamlines. However, variations of the wave amplitudes, volume flow, channel width and phase angle had greater effects on the streamlines and hence the trapped region.
We performed numerical simulations of blood flow in an arterial cerebral artery aneurysm to investigate the hemodynamic behavior after coil embolization. A patient-specific model was created based on CTA data. We also conducted the coil embolization simulation to obtain the coil placement within the aneurysm. Blood was assumed to be an incompressible Newtonian fluid, and both the vessel and coil were considered rigid walls. The pulsatile boundary condition was applied at the inlet, and the outflow boundary conditions were used at the outlets. Our findings demonstrated that the coil embolization significantly reduces the blood volume flowrate entering the aneurysm by effectively blocking the inflow jet, leading to a decrease in both TAWSS and WSS, especially at the systolic peak in the impingement zone. While several high OSI regions disappeared over the aneurysm surface, we observed high OSI regions with a relatively small area where the coil did not completely occlude the aneurysm. Overall, these results quantitatively analyzed the effectiveness of coil embolization by focusing on hemodynamic indicators, potentially preventing aneurysm rupture. The present work could contribute to the development of patient-specific coil embolization.
Kim, Jihwan;Lee, Ji-Hyeong;Jang, Hoyoung;Joo, Young Seok
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2021.06a
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pp.27-27
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2021
세굴은 유체와 유사의 상호작용으로 발생하는 중요한 자연 현상 중 하나로, 구조 및 지반 붕괴, 홍수, 생태계 파괴 등의 문제를 야기할 수 있다. 이러한 세굴 현상을 예측하기 위해 많은 수치적 연구가 진행되어왔지만, 대부분의 연구가 기존 격자기반방법인 유한체적법 (FVM)과 개별요소법 (DEM)이 연성된 모델을 이용하였고, 이는 격자 의존도로 인한 정확도와 효율성의 문제점을 보였다. 해결책으로 입자기반 유체해석 방법인 약압축성 SPH (WCSPH)와 개별요소법의 결합모델을 이용한 모의가 연구되어 왔지만, 단순 밀도차를 활용한 유체해석방법이 압력의 불안정성을 야기하여 유사의 운동에도 영향을 주는 결과를 보였다. 또한, 개별요소법의 특성상 모의 입자의 크기를 실제 실험 입자의 크기와 동일하게 설정하면서 입자수가 지나치게 증가해 계산의 효율성이 현저히 낮아지게 되었고, 이로 인해 실제 자연 지형에 적용하는데 어려움을 보여주었다. 본 연구에서는 향상된 세굴 수치모의해석을 위해 반복법을 통해 안정적인 유체 압력을 계산하는 비압축성 SPH (ISPH)와 개별요소법을 연성한 ISPH-DEM 모델을 사용하였다. 또한, 계산속도 향상을 위해 하나의 입자가 다수의 작은 입자의 움직임을 대표하는 Coarse-grained 방법을 적용하여 기존 모델을 개선하였다. 개선된 모델을 NFLOW ISPH PURPLE 소프트웨어를 이용하여 세굴 현상을 수치 모의하였고 실험 결과와 검증을 진행한 결과, 세굴의 깊이, 너비, 형상 등을 비교하였을 때 약 10% 이내의 오차를 보였고, Coarse-grained 방법을 통한 입자 수 감소로 최소 13배 증가된 해석 속도를 보였다. 이를 통해 본 연구에서 제시된 모델이 실제 자연 지형에서의 적용가능성을 확인할 수 있었다.
The pipping system is widely used in many industries as equipment for transporting fluids over long distances. In high-pressure pipe, as the speed of the fluid increases, a loud noise is generated. Therefore, various studies have been conducted to reduce pipe noise. In this paper, a pipe noise analysis was developed to predict and quantitatively assess the flow-induced vibration and acoustic-induced vibration due to valve flow in high-temperature and high-pressure. To do this, a high-fidelity fluid analysis technique was developed for predicting internal flow in the pipe with valve. In additional, the contribution of compressible/incompressible pressure by frequency band was evaluated using the wavenumber-frequency analysis. To predict a low/middle frequency pipe noise, the vibroacoustic analysis method was developed based on Finite Element Method (FEM). And the pipe noise prediction method for the middle/high frequency was developed based on Statistical Energy Analysis (SEA).
No analytical solution exists for evaluating in-situ hydraulic conductivity of vertical cutoff walls by analyzing slug test results. Recently, an analytical solution to interpret slug tests has been proposed for a partially penetrated well in an aquifer. However, this analytical solution cannot be directly applied to the cutoff wall because the solution has been developed exclusively for an infinite aquifer instead of a narrow cutoff wall. To consider the cutoff wall boundary conditions, the analytical solution has been modified in this study to take into account the narrow boundaries by introducing the imaginary well theory. Two boundary conditions are considered according to the existence of filter cakes: constant head boundary and no flux boundary. Generalized steady-state shape factors are presented for each geometric condition, which can be used for evaluating the in-situ hydraulic conductivity of cutoff walls. The constant head boundary condition provides higher shape factors and no flux boundary condition provides lower shape factors than the infinite aquifer, which enables to adjust the in-situ hydraulic conductivity of the cutoff wall. The hydraulic conductivities calculated from the analytical solution in this paper give about 1.2~1.7 times higher than those from the Bouwer and Rice method, one of the semi-empirical formulas. Considering the compressibility of the backfill material, the analytical solution developed in this study was proved to correspond to the case of incompressible backfill materials.
The selective catalytic reduction system is a highly effective technique for the denitrification of the flue gases emitted from the industrial facilities. The distribution of mixing ratio between ammonia and nitrogen oxide at the inlet of the catalyst layers is important to the efficiency of the de-NOx process. In this study, computational analysis tools have been applied to improve the uniformity of NH3/NO molar ratio by controlling the flow rate of the ammonia injection nozzles according to the distribution pattern of the nitrogen oxide in the inlet flue gas. The root mean square of NH3/NO molar ratio was chosen as the optimization parameter while the design of experiment was used as the base of the optimization algorithm. As the inlet conditions, four (4) types of flow pattern were simulated; i.e. uniform, parabolic, upper-skewed, and random. The flow rate of the eight nozzles installed in the ammonia injection grid was adjusted to the inlet conditions. In order to solve the two-dimensional, steady, incompressible, and viscous flow fields, the commercial software ANSYS-FLUENT was used with the k-𝜖 turbulence model. The results showed that the improvement of the uniformity ranged between 9.58% and 80.0% according to the inlet flow pattern of the flue gas.
Kim, Kunwoo;Ryu, Seo-Yoon;Cheong, Cheolung;Seo, Seongjin;Jang, Cheolmin;Seol, Hanshin
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.39
no.6
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pp.524-532
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2020
In this study, noise radiated from a high-speed fan-motor unit for a cordless vacuum cleaner is reduced by designing splitter blades on the existing impeller. First of all, in order to investigate the flow field through a fan-motor unit, especially impeller, the unsteady incompressible Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are numerically solved by using computational fluid dynamic technique. With predicted flow field results as input, the Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) integral equation is solved to predict aerodynamic noise radiated from the impeller. The validity of the numerical methods is confirmed by comparing the predicted sound pressure spectrum with the measured one. Further analysis of the predicted flow field shows that the strong vortex is formed between the impeller blades. As the vortex induces the loss of the flow field and acts as an aerodynamic noise source, supplementary splitter blades are designed to the existing impeller to suppress the identified vortex. The length and position of splitter are selected as design factors and the effect of each design factor on aerodynamic noise is numerically analyzed by using the Taguchi method. From this results, the optimum location and length of splitter for minimum radiated noise is determined. The finally selected design shows lower noise than the existing one.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.5
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pp.661-669
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2007
Eyer since the Prandtl's experiment in 1934 and X-21 airjet test in 1950 both attempting to reduce drag, it was found that controlling the velocities of surface for extremely fast-moving object in the air through suction or injection was highly effective and active method. To obtain the right amount of suction or injection, however, repetitive trial-and error parameter test has been still used up to now. This study started from an attempt to decide optimal amount of suction and injection of incompressible Navier-Stokes by employing optimization techniques. However, optimization with traditional methods are very limited, especially when Reynolds number gets high and many unexpected variables emerges. In earlier study, we have proposed an algorithm to solve this problem by using step by step method in analysis and introducing SQP method in optimization. In this study, we propose more effective and robust algorithm and techniques in solving flow optimization problem.
Park, Da Ae;Oh, Han Nah;Jeon, Byoung Jin;Kim, Eun Jeong;Lee, Seung Deok;Choi, Hyoung Gwon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.11
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pp.897-903
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2015
In this paper, the contrast therapy of skin was numerically investigated by solving the conjugate heat transfer problem. A finite volume method based on the SIMPLE algorithm was adopted to solve the axisymmetric incompressible Navier-Stokes equations, coupled with an energy equation. These equations are strongly coupled with the Pennes bio-heat equation in order to consider the effect of blood perfusion rate. We investigated the thermal response of skin at some selected depths for various input temperature profiles of a stimulator for contrast therapy. From the numerical simulations, the regions with cold/hot threshold temperatures were found for five input temperature profiles. It was shown that the temperature varies mildly for different input profiles as the depth increases, owing to the Pennes effect. The input temperatures for effective hot/cold stimulation of dermis layer were found to be $47^{\circ}C$ and $7^{\circ}C$, respectively. The present numerical results will be used for finding an optimal temperature profile of a stimulator for contrast therapy.
The cracks in the pavements result from drying shrinkage, temperature change, repeated traffic loadings and so on. The reduction of soil support, spatting and many local failures are caused by water and incompressible foreign materials infiltrated into the cracks. In order to reduce this kind of problems the crack width must be controlled and managed by the accurate measurement. The current method is a visual survey using a microscope, which requires traffic blocking. The purpose of this study is to find the best condition to measure accurate crack width using automated pavement condition survey equipment running at the similar speed as other vehicles. In this study pavement surfaces are filmed on an enlarged scale by the camera with a zoom lens, and then the proper focal distance is determined according to the crack width through a pilot survey. The conditions for measurement of the accurate crack width using the image processing technique are suggested by comparing crack widths surveyed using a microscope in the field with those computed by various factors in the image processing program, STADI-2. In conclusion, the camera with a focal distance of 75m could detect crack range of 0.5mm$\sim$1.2mm In width with an accuracy of 80% for CRCP. The camera with a focal distance of 12.5mm could detect crack range of 1.8mm$\sim$3.3mm in width with an accuracy of 90% for asphalt pavement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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