The sensitivity of the final filament to the ongoing sinusoidal disturbances has been Investigated in the viscoelastic spinning using frequency response method. Amplification ratios or gains of the spinline cross-sectional area at the take-up to any disturbances show resonant peaks along the frequency regime, where the frequencies at theme points directly correspond to the imaginary parts of the successive leading eigenvalues from the linear stability analysis. As shown in Jung et al. (1999) and Lee et al (2001), the sensitivity results on the effect of various process conditions such as spinline cooling and fluid viscoelasticity, obtained by dynamic transient simulation have been corroborated in this study. That is, increasing spinline cooling makes the system less sensitive to disturbances, thus stabilizes the spinning. Also, an increasing viscoelasticity for extension-thickening fluids decreases the sensitivity of the spinning. i.e., stabilizing the system, where, as it increases the sensitivity of the spinning of extension-thinning fluids. Furthermore, it has been found in the present study that the inertia force as one of secondary forces causes the system to be more stabile or less sensitive to process disturbances.
The injection of polymer can significantly reduce drag, particularly in the turbulent flow region where the mutual interaction between the polymer and turbulent vortices occurs. In this study, Taylor-Couette flow of PEO-in-water solutions with a rotating inner cylinder was analyzed. Despite the shear-thinning behaviour of PEO-in-water solutions being well-documented, for a given range of shear rates their viscosity remains nearly constant. By varying the polymer concentration, we analyzed the torque evolution of different solutions followed by the viscoelasticity effects of the polymer on the interphase transition points. The torque was analyzed using a dimensionless torque scaling method, which allows for the assessment of the fluid's momentum transport capabilities. It was observed that for low concentrations of PEO, the flow behaviour exhibited only minor differences in comparison to that of water, the Newtonian fluid. However, once the PEO concentration exceeded the polymer overlap concentration, the flow behaviour was significantly altered.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.5
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pp.584-595
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1998
An investigation was carried out to determine experimentally the thermal conductivities of non-Newtonian fluids in a shear field. Both time independent purely viscous and viscoelastic fluids were considered. A coaxial cylinder apparatus with a rotating outer cylinder was used to establish the velocity field in the test fluid. First, the thermal conductivity of distilled water measured to validate the instrument. The experimental water data agreed within 1% of literature values and there was no effect of outer cylinder rotation (shear field). However, for non-Newtonian fluids such as aqueous CMC and Separan solutions, there were significant increases in thermal conductivities of up to 70% for CMC and 50% for Separan depending on the shear rate, polymer concentration and temperature. Considering the shear rate dependent thermal conductivity in the study of heat transfer in non-Newtonian fluids could be important. As in natural convection, the momentum and energy equations could no longer be solved separately but would have to be solved simultaneously.
저속으로 낙하하는 원통형 미소체의 유체역학적 거동에 대하여 점탄성 유체의 비 뉴우튼 성질의 영향에 관해서 연구가 수행되었다. 원통형 미소체의 직경 및 직경에 대한 길 이의 비 (Aspect Ratio)의 영향에 관해서도 또한 고찰하였으며 본 실험에서는 뉴우튼 유체 로서 99.5%의 글리세린용액과 점탄성 유체로서 1,000 wppm 의 polyacyla-mide(Separan AP-273) 수용액이 각각 사용되었다. 낙하하는 미소체의 Aspect Ratio가 증가할수록 무차원 최종속도는 뉴우튼 유체내에서 보다 점탄성 유체내에서 그증가속도가 더욱 커짐을 보였다. 뉴우튼 유체 내에서 낙하하는 원통형 미소체의 마찰저항 계수는 실험데이타로부터 계산된 값과 이론치가 비교적 잘일치하나 점탄성 유체에 관한 마찰저항 계수는 본 실험의 결과치와 무한히 긴 원통형 미소체에 대한 기존연구의 이론값과는 상당한 차이가 있음을 알수 있었 다, 이는 점탄성 유체내에서 수직으로 낙하하는 원통형 미소체의 저항계수가 k(즉 용기의 직경에 대한 미소체 직경의 비), power-law index 레이놀즈수 뿐아니라 aspect ratio를 포함 하는 새로운 관계식이 도출되어야 함을 분명히 보여주고 있다.
The vibration of a flexible cantilever tube with nonlinear constraints when it is subjected to flow internally with fluids is examined by experimental and theoretical analysis. These kinds of studies have been performed to find the existence of chaotic motion. In this paper, the important parameters of the system leading to such a chaotic motion such as Young's modulus and the coefficient of viscoelastic damping are discussed. The parameters are investigated by means of system identification so that comparisons are made between numerical analysis using the design parameters and the experimental results. The chaotic region led by several period-doubling bifurcations beyond the Hopf bifurcation is also re-established with phase portraits, bifurcation diagram and Lyapunov exponent so that one can define optimal parameters for system design.
In an electrospinning process, nanofibers are produced from a droplet of a viscoelastic polymer solution subjected to strong electric field. To date, intrinsic bending instability of the electrical jets has resulted in random piles of nanofibers on a grounded collector plate. Here we report a novel electrospinning process where a hollow micropillar is constructed by the coiling of nanofibers on a sharp grounded collector. We show that the hollow microstructure formation can be explained by the viscous fluid rope coiling theory. The current process can be employed for the fabrication of three-dimensional scaffolds for cell culturing and the three-dimensional nanoprinting.
본 연구에서는 Upper Convected Maxwll 유체 및 Leonov-like-Giesekus 유체모형 을 이용하여 축대칭 4:1수축을 지나는 점탄서유체의 유동을 수치해석하였다. 이러한 점탄성 유체의 대한 지배방정식이 타원형-쌍곡선형으로 형식변화되므로 이를 적절히 고려할수 있 는 형태의 와도방정식을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 와도방정식의 수치해석에서는 형 식에 따른 차분법을 도입하였다. 두 유체모형에 대해서 Weissenberg수를 증가시키면서 탄 성의 효과가 모서리와류의 크기, 응력의 분포 지배방정식의 형식변화에 미치는 영향을 살펴 보았다. 수치해석결과 탄성의 효과가 증가할수록 모서리와류가 커지며, 평면유동의 경우보다 훨씬 큰 모서리와류가 관찰되어 기존의 실험결과와 잘 일치하는 것을 볼수 있었다. 또한 수 치해석 결과로부터 와도방정식의 형식변화를 확인할수 있었다.
We present a new finite-element scheme for direct numerical simulation of particle suspensions in simple shear flow of a viscoelastic fluid in 3D. The sliding tri-periodic representative cell concept has been combined with DEVSS/DG finite element scheme by introducing constraint equations along the domain boundary. Rigid body motion of the freely suspended particle is described by the rigid-shell description and implemented by Lagrangian multipliers on particle boundaries. We present the bulk rheology of suspensions through the numerical examples of single-, two- and many-particle problems, which represent a large number of such systems in simple shear flow. We report the steady bulk viscosity and the first normal stress coefficient, which show shear-thickening behavior for both properties.
Three-dimensional numerical simulation of isothermal/nonisothermal coextrusion process of two immiscible polymers through a rectangular channel has been done using the finite element method. The encapsulation phenomenon with the less viscous layer encapsulating the more viscous layer was investigated with the generalized Newtonian fluids. The interface position around the symmetric plane obtained by numerical simulation nearly coincided with the one observed in experiments, but the degree of encapsulation was less than the one observed experimentally. Open boundary condition method was found to be applied to the simulation of nonisothermal coextrusion process, however, the results are not far from those using the fully developed boundary condition, because the temperature development along the downstream direction is very slow in the case of convection dominated flow. When the inlet velocity is increased, the interface profile does not change in isothermal flow, while it moves upward in nonisothermal situation. The degree of encapsulation decreases along the downstream direction in nonisothermal flow. When the inlet temperature increases compared to the wall temperature, the outlet interface moves downward and the degree of encapsulation increases. The difference of degree of encapsulation between the simulation and the experiments seems to arise from the viscoelastic effect of the materials. It was concluded that the nonisothermal effect alone does not explain the complex coextrusion process and the viscoelastic effect needs to be considered.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.24
no.5
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pp.596-604
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2016
In this study, we used a stochastic approach for guaranteeing the reliability and robustness of the performance with regard to the design of polymer components, while taking into consideration the degradation properties and operating conditions in automobiles. Creep and tensile tests were performed for obtaining degradation properties. The Prony series, which described the viscoelastic models, were calculated to use the creep data by the Maxwell fluid model. We obtained the stress data from the frequency response analysis of the polymer components while considering the degradation properties. Limit state functions are generated by using these data. Reliability assessments are conducted under the variation of the degradation properties and area of frequency at peak response. For this study, the input parameters are assumed to be a normal distribution, and the reliability under the yield stress criteria is evaluated by using the Monte Carlo Simulation. As a result, the reliabilities, according to the three types of polymer materials in automotive components, are compared to each other and suggested the applicable possibility of polymeric materials in automobiles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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