Numerical modelling of an integrated Carbon NanoTube (CNT) membrane is only achievable if probable deformations and realistic alterations from a perfect CNT membrane are taken into account. Considering the possible forms of CNTs, bending is one of the most probable deformations in these high aspect ratio nanostructures. Hence, investigation of effect associated with bent CNTs are of great interest. In the present study, molecular dynamics simulation is utilized to investigate fluid flow dynamics in deformed CNT membranes, specifically when the tube cross section is not affected. Bending in armchair (5,5) CNT was simulated using Tersoff potential, prior to flow rate investigation. Also, to study effect of inclined entry of the CNT to the membrane wall, argon flow through generated inclined CNT membranes is examined. The results show significant variation in both cases, which can be interpreted as counter-intuitive, since the cross section of the CNT was not deformed in either case. The distribution of fluid-fluid and fluid-wall interaction potential is investigated to explain the anomalous behavior of the flow rate versus bending angle.
Mohammad Mahdi Mohammadi;Hojat Taei;Hamid Moosazadeh;Mohammad Sadeghi
Advances in aircraft and spacecraft science
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제10권5호
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pp.439-455
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2023
Free surface fluid oscillation in prolate spheroidal tanks has been investigated analytically in this study. This paper aims is to investigate the sloshing frequencies in spheroidal prolate tanks and compare them with conventional cylindrical and spherical containers to select the best tank geometry for use in space launch vehicles in which the volume of fuel is very high. Based on this, the analytical method (Fourier series expansion) and potential fluid theory in the spheroidal coordinate system are used to extract and analyze the governing differential equations of motion. Then, according to different aspect ratios and other parameters such as filling levels, the fluid sloshing frequencies in the spheroidal prolate tank are determined and evaluated based on various parameters. The natural frequencies obtained for a particular tank are compared with other literature and show a good agreement with these results. In addition, spheroidal prolate tank frequencies have been compared with sloshing frequencies in cylindrical and spherical containers in different modes. Results show that when the prolate spheroidal tank is nearly full and in the worst case when the tank is half full and the free fluid surface is the highest, the prolate spheroidal natural frequencies are higher than of spherical and cylindrical tanks. Therefore, the use of spheroidal tanks in heavy space launch vehicles, in addition to the optimal use of placement space, significantly reduces the destructive effects of sloshing.
The free vibration characteristics of fluid-filled cylindrical shells on partial elastic foundations are investigated by an analytical method. The cylindrical shell is fully or partially surrounded by the elastic foundations, these are represented by the Winkler or Pasternak model. The motion of shell is represented by the first order shear deformation theory to account for rotary inertia and transverse shear strains. The steady flow of fluid is described by the classical potential flow theory. The fluid-structure interaction is considered in the analysis. The effect of internal fluid can be considered by imposing a relation between the fluid pressure and the radial displacement of the structure at the interface. To validate the present method, the numerical example is presented and compared with the available existing results.
An analytical method for the free vibration of two circular plates coupled with a fluid was developed by the Rayleigh-Ritz method. The two plates with unequal thickness and diameter are clamped along the cylindrical vessel wall. It is assumed that the fluid bounded by a rigid cylindrical vessel is incompressible and non-viscous. The wet mode shape of the circular plates is assumed as a combination of the dry mode shapes of the plates. The fluid motion is described by using the fluid displacement potential and determined by using the compatibility conditions along the fluid interface with the plate. Minimizing the Rayleigh quotient based on the energy conservation gives a eigenvalue problem. It is found that the theoretical results can predict well the fluid-coupled natural frequencies with excellent accuracy comparing with the finite element analysis result.
In this study, an effective method to estimate the fundamental frequencies of co-axial cylinders immersed in fluid is proposed. The proposed method makes use of the equivalent mass or density that is derived from the added mass matrix caused by the fluid-structure interaction (FSI) phenomenon. The equivalent mass is defined from the added mass matrix based on a 2-D potential flow theory. The theory on two co-axial cylinders extended to the case of three cylinders. To prove the validity of the proposed method, the eigenvalue analyses upon coaxial cylinders coupled with fluid gaps are peformed using the equivalent mass. The analyses results upon various fluid gap is conditions reveal that the present method could provide accurate frequencies and be suitable for expecting the fundamental frequencies of fluid coupled cylinders in beam mode vibration.
Objectives : The purpose of this paper was to suggest new diagnostic method that was to supersede the estimation of electrical properties at acupoints. Thus, we developed the multi- frequencies bioelectrical impedance measurement system so as to analyze the state of bio-ions in body fluid as body compositions, not skin impedance at acupoint. Methods : At low frequency, the current does not penetrate the cell membrane and at high frequency, the current passes through both intracellular and extracellular fluid because of the decreas of cell membrane impedance. To confirm the reflection of composition in extracellular fluid or intracellular fluid of segment such as acupoint, the system was developed to detect the acupoint potential between adjacent two points in the area of LU3, LU4 and LU9 using 5,50 and 200KHz. Results : The detected acupoint potential has been decreased according to elevation of frequency. As a result of correlation of left/right identical acupoint, we observed a high correlation of three types of acupoint potential at multi-frequencies. Moreover, we observed the low correlation at 5KHz, and that was a significant factor to be considered as unbalanced relationship of identical acupoints. Conclusions : On the basis of meridian theoretical point of view, we may infer the acupoint's physiological composition using the multi-frequencies bioelectrical impedance measurement system.
The capillary number is used to represent the mobilization potential of organic phase trapped within porous media. The capillary number has been defined by three different forms, according to types of flow velocity and viscosity used in the definition of capillary number. This study evaluated the suitability of the capillary number definitions for representing TCE mobilization by constructing capillary number-TCE saturation relationships. The results implied that the capillary number should be correctly employed, according to interest of scale and fluid flow behavior. This study suggests that the pore-scale capillary number may be used only for investigating the organic-phase mobilization at the pore scale because it is defined by the pore-velocity and the dynamic viscosity. The Newtonian-fluid capillary number using Darcy velocity and the dynamic viscosity may be suitable to quantify flood systems representing Newtonian fluid behavior. For viscous-force modified flood systems such as surfactant-foam floods, the apparent capillary number definition employing macroscopic properties (permeability and potential gradient) may be used to appropriately represent the desaturation of organic-phases from porous media.
This study reviews the recent development and research results of a fixed oscillating water column (OWC) wave energy converter (WEC). The OWC WEC can be divided into fixed and floating types based on the installation location and movement of the structure. In this article, the study on a stationary OWC WEC, which is close to commercialization through the accumulation of long-term research achievements, is divided into five research categories with a focus on primary energy conversion research. These research categories include potential-flow-based numerical analysis, wave tank experiments, computational fluid dynamics analyses toward investigation of fluid viscous effects, U-shaped OWC studies that can amplify water surface displacement in the OWC chamber, and studies on OWC prototypes that have been installed and operated in real sea environments. This review will provide an overview of recent research on the stationary OWC WEC and basic information for further detailed studies on the OWC.
An analytical method for the hydroelastic vibration of a vessel composed of an upper annular plate and a lower circular plate is developed by the Rayleigh-Ritz method. The two plates are clamped along a rigid cylindrical vessel wall. It is assumed that the fluid bounded by a rigid cylindrical vessel is incompressible and non-viscous. The wet mode shape of the plates is assumed as a combination of the dry mode shapes of the plates. The fluid motion is described by using the fluid displacement potential and determined by using the compatibility conditions along the fluid interface with the plate. Minimizing the Rayleigh quotient based on the energy conservation gives an eigenvalue problem. It is found that the theoretical results can predict well the fluid-coupled natural frequencies comparing with the finite element analysis result.
An analytical method for the hydroelastic vibration of a vessel composed of an upper annular plate and a lower circular plate is developed by the Rayleigh-Ritz method. The two plates are clamped along a rigid cylindrical vessel wall. It is assumed that the fluid bounded by a rigid cylindrical vessel is incompressible and non-viscous. The wet mode shape of the plates is assumed as a combination of the dry mode shapes of the plates. The fluid motion is described by using the fluid displacement potential and determined by using the compatibility conditions along the fluid interface with the plate. Minimizing the Rayleigh quotient based on the energy conservation gives an eigenvalue problem. It is found that the theoretical results can predict well the fluid-coupled natural frequencies comparing with the finite element analysis result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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