Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.11
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pp.1585-1596
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2002
The objectives of the present study are to numerically and experimentally investigate the steady and pulsatile flow phenomena in the circular tubes, to quantitatively compare the flow characteristics of Newtonian and non-Newtonian fluids, and to find meaningful hemodynamic information through the flow analysis in the human blood vessels. The particle image velocimetry is adopted to visualize the flow fields in the circular tube. and the results from the particle image velocimetry are used to validate the results of the numerical analysis. In order to investigate the blood flow phenomena in the circular tube. constitutive equations, which are suitable to describe the rheological properties of the non-Newtonian fluids. are determined, and the steady and pulsatile momentum equations are solved by the finite volume prediction. The velocity vectors of the steady and pulsatile flow in the circular tube obtained by the particle image velocimetry arc in good agreement with those by the numerical analysis. For the given mass flow rate. the axial velocity profiles of the Newtonian and the non-Newtonian fluids appear differently. The pulsatile flow phenomena of the Newtonian and the non-Newtonian fluids are quite different from those of the steady flow.
The present study concerns a experimental study of fully developed laminar flow of a Newtonian and non-Newtonian fluid through a concentric annulus with a combined bulk axial flow and inner cylinder rotation for the various radius ratio. This study shows the fundamental difference between Newtonian and non-Newtonian fluid flow in an annulus for various radius ratio.
Ha, O.N.;Chun, U.H.;Kim, G.;Lee, B.K.;Lee, H.S.;Yun, C.H.;Lee, J.I.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.6
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pp.113-131
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1998
The objective of the present study is to investigate the characteristics of the dividing flow in the laminar flow region. Using glycerine water solution(wt43%) for Newtonian fluid and the polymer of viscoelastic fluid(500wppm) for non-Newtonian fluid, this research investigates the flow state of the dividing tube in steady laminar flow region of the two dimensional dividing tube by measuring the effect of Reynolds number, dividing angle, and the flow rate ratio on the loss coefficient. In T- and Y-type tubes, the loss coefficients of the Newtonian fluid decreases in constant rate when the Reynolds number is below 100. The effect of the flow rate ratio on the loss coefficients is negligible. But when the Reynolds number is over 100, the loss coefficient with various flow rate ratios approach an asymptotic value. The loss coefficient of the non-Newtonian fluid for different the Reynolds number shows the similar tendency of the Newtonian fluid. And when the Reynolds number is over 300, the loss coefficient is approximately 1.03 regardless of flow rate ratio or the dividing angle. The aspect ratio does hardly influence the reattachment length and the loss coefficient of both Newtonian and non Newtonian fluid. The loss coefficient decreases as the Reynolds number increases. The loss coefficient of Newtonian fluid is larger than that of non-Newtonian fluid.
This study presents results on the numerical simulation of Newtonian and non-Newtonian flow in a channel obstructed by an asymmetric array of obstacles for clarifying the descriptive ability of current non-Newtonian constitutive equations. Jones and Walters (1989) have performed the corresponding experiment that clearly demonstrates the characteristic difference among the flow patterns of the various liquids. In order to appropriately account for flow properties, the Navier-Stokes, the Carreau viscous and the Leonov equations are employed for Newtonian, shear thinning and extension hardening liquids, respectively. Making use of the tensor-logarithmic formulation of the Leonov model in the computational scheme, we have obtained stable solutions up to relatively high Deborah numbers. The peculiar characteristics of the non-Newtonian liquids such as shear thinning and extension hardening seem to be properly illustrated by the flow modeling. In our opinion, the results show the possibility of current constitutive modeling to appropriately describe non-Newtonian flow phenomena at least qualitatively, even though the model parameters specified for the current computation do not precisely represent material characteristics.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.4
no.4
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pp.342-350
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1992
An experimental investigation of the stenosis effects on the pressure drop and flow change in the internal flow is presented. Stainless steel tubes of small diameter(3.175mm, 3.4mm) are used for the test section of the flow loop. Percent contraction ranges from 35% to 83% and the stenosis length ratio (L/d) is varied from 2.8 to 8. Water and aqueous glycerol solutions are used for Newtonian fluids and polymer solutions of Separan AP-273 (500 wppm, 1000 wppm) for non-Newtonian fluids. Pressure loss coefficients of non-Newtonian fluids decrease just as those of Newtonian fluids. The loss coefficients of Newtonian and non-Newtonian fluids increase as the percent contraction increases and the loss coefficients of non-Newtonian fluids are larger than those of Newtonian fluids for the same stenosed tube. The loss coefficient increases as the stenosis length ratio increases.
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.
The present study investigated the effect of the transversal vibration on the flow characteristics for non-Newtonian fluids. The effect was tested by experiment and numerical analysis. For Newtonian fluids, both of experiment and numerical analysis results showed that mechanical vibration did not affect the flow rate. For non-Newtonian fluids, however, there was significant disagreement between experiment and numerical results. The numerical results showed a negligibly small effect of vibration on the flow rate whereas experimental results showed a significant flow rate increase associated with transversal vibration. The results implied that the increased flow rate was caused not only by imposed shear rates at the wall but also by the changes of rheological characteristics due to the transversal vibration.
In this study, with the finite element method we numerically investigate the deformation of liquid drops surrounded by Newtonian or non-Newtonian viscous medium in the axisymmetric contraction flow. 1, 2 or 4 Newtonian or non-Newtonian drops are considered and the truncated power-law model is applied In order to describe non-Newtonian viscous behavior for both fluids. In this type of flow the drop exhibits considerably large deformation, and thus techniques of unstructured mesh generation and auto-remeshing are employed to accurately express the fluid mechanical behavior. We examine the deformation pattern of liquid drops with viscosity dependence different from that of the surrounding medium and also explain their interactions by comparing relative position or speed of drop front.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.5
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pp.1603-1612
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1996
The pressure loss coefficient of Newtonian and non-Newtonian fluids such as water, aqueous solutions of Carbopol-934 and Separan AP-273 and blood in the stenotic tubes are determined experimentally and numerically. The numerical analyses for flows of non-Newtonian fluids in the stenotic tubes are conducted by the finite element method. The effect of the contraction ratio and the ratio of length to diameter on the pressure drop are investigated by the experiments and numerical analysis. The pressure loss coefficients are significantly dependent upon the Reynolds number in the laminar flow regime. As Reynolds number increases, the pressure loss coefficients of both Newtonian and non-Newtonian fluids decrease in the laminar flow regime. As the ratio of length to diameter increases the maximum pressure loss coefficient increases in the laminar flow regime for both Newtonian and non-Newtonian fluids. Newtonian fuid shows the highest values of pressure loss coefficient and blood the next, followed by Carbopol solution and Separan solution in order. Experimental results are used to verify the numerical analyses for flows of Newtonian and non-Newtonian fluids. Numerical results for the maximum pressure loss coefficient in the stenotic tubes are in fairly good agreement with the experimental results. The relative differences between the numerical and experimental results of the pressure loss coefficients in the laminar flow regime range from 0.5% to 14.8%.
Objective : The objective of this study was to analyze patient-specific blood flow in ruptured aneurysms using obtained non-Newtonian viscosity and to observe associated hemodynamic features and morphological effects. Methods : Five patients with acute subarachnoid hemorrhage caused by ruptured posterior communicating artery aneurysms were included in the study. Patients' blood samples were measured immediately after enrollment. Computational fluid dynamics (CFD) was conducted to evaluate viscosity distributions and wall shear stress (WSS) distributions using a patient-specific geometric model and shear-thinning viscosity properties. Results : Substantial viscosity change was found at the dome of the aneurysms studied when applying non-Newtonian blood viscosity measured at peak-systole and end-diastole. The maximal WSS of the non-Newtonian model on an aneurysm at peak-systole was approximately 16% lower compared to Newtonian fluid, and most of the hemodynamic features of Newtonian flow at the aneurysms were higher, except for minimal WSS value. However, the differences between the Newtonian and non-Newtonian flow were not statistically significant. Rupture point of an aneurysm showed low WSS regardless of Newtonian or non-Newtonian CFD analyses. Conclusion : By using measured non-Newtonian viscosity and geometry on patient-specific CFD analysis, morphologic differences in hemodynamic features, such as changes in whole blood viscosity and WSS, were observed. Therefore, measured non-Newtonian viscosity might be possibly useful to obtain patient-specific hemodynamic and morphologic result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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