arbitrary lagrangian-eulerian method
در نشریات گروه فنی و مهندسی-
Droplet evaporation coupled with gravity and surface tension on a wall with the radial temperature gradients is numerically studied with the arbitrary Lagrangian‒Eulerian method. The influence of the wall temperature distribution on the droplet evaporation process, which is less considered in the existing literature, is mainly discussed. The droplet temperature coefficient of the surface tension and the viscosity on the droplet profile evolution, flow, heat and mass transfer characteristic are also discussed. The results indicate that the droplets become flat first and then retract under the gravity and Marangoni convection during droplet evaporation. There are two high-velocity regions inside the evaporating droplet. One region is at the droplet axis, in which fluid flows to the wall from the droplet top. The other region is near the droplet surface, where fluid flows to the droplet top. There are turning points on the two sides of which the influence of wall temperature distribution on the ratio between the droplet height and the radius of the three-phase contact line (h/Rc), the velocity in the droplet and the surface temperature converts. All of them are larger before the turning point when the wall temperature slope is positive. After the turning point, these are reversed. For both h/Rc and average surface temperature, there is one turning point, which are t*=1.63×10-4 and t*=1.05×10-4, respectively. For maximum velocity and average velocity in droplet, there are two turning points, which are both t*=1.63×10-4 and t*=1.7×10-5. The droplet morphology changes more obviously when it is with a greater temperature coefficient of surface tension. Moreover, the turning point is delayed from t*=6.41×10-5 while α is 8 K/m to t*=7.91×10-5 while α is -8 K/m, which indicates that the negative wall temperature slope is beneficial to inhibit the Marangoni effect on droplet evaporation.Keywords: Droplet evaporation, Radial temperature gradient, Marangoni convection, Arbitrary Lagrangian‒Eulerian method, simulation
-
در این مقاله با به کارگیری روش اجزاء محدود اویلر-لاگرانژ دلخواه، جریان ماده و میزان برآمدگی استخوان در آزمایش فروروی نانو با خطای کمتر از 1% پیش بینی گردید. همچنین پارامترهای مناسب برای مدل دراکر-پراگر برای پیش بینی رفتار پس از تسلیم استخوان کورتیکال گاوی ارایه شد، به طوری که نتایج به دست آمده از میزان نیروی وارده بر استخوان برحسب جابجایی ابزار فرورونده، با انحراف کمتر از 5% از نتایج آزمایشگاهی بدست آمد. همچنین نشان داده شد که تغییر زاویه اتساع از صفر به 10 درجه تا 40% می تواند بیشترین نیروی وارد بر استخوان را افزایش دهد.
کلید واژگان: : استخوان کورتیکال، آزمایش فروروی نانو، روش اجزاء محدود، اویلر-لاگرانژ دلخواه، مدل دراکر-پراگر توسعه یافتهNano-indentation test is one of the most common method to study the material post-yielding behavior providing a suitable material model. Nowadays, this test is also used to investigate the pressure-dependent behavior and other mechanical behaviors of bone. Different material models such as Johnson-Cook, von-Mises, Drucker-Prager, and Hill models have been presented to consider the anisotropy, pressure dependency, strain rate, and temperature dependency of cortical bovine bones similar to human bone in tension and compression.In the present study, using the Arbitrary Eulerian-Lagrangian (ALE) finite element method in Abaqus software with appropriate contact conditions, the material flow and the results of bone pile-up was well predicted with an error of less than 1%. Also, suitable parameters of the extended Drucker-Prager model for predicting post-yielding bovine cortical bone behavior were presented such that the force-displacement curve of test, showed less than 5% deviation from the experimental results. The friction angle 46°, and zero-degree dilation angle along with the frictional contact conditions between the tool and the bone with a coefficient of 0.3 provided the best parameters to predict post-yielding behavior. It was also shown that changing the angle of dilation from zero to 10 degrees can increase the maximum force applied to the bone up to 40%.
Keywords: Cortical bone, Nano-indentation test, finite element method, Arbitrary Lagrangian Eulerian method, Extended Drucker-Prager model -
در این پژوهش اثر حضور یک پره انعطاف پذیربر روی انتقال حرارت جابه جایی طبیعی درون یک محفظه بسته مربعی بررسی شد. یک پره انعطاف پذیرنازک با زاویه انحراف 30o نسبت به محور افقی، بر روی دیواره عمودی گرم سمت چپ، درون محفظه بسته قرار گرفته است. معادلات حاکم بر جریان آرام، انتقال حرارت سیال و تغییر شکل پره انعطاف پذیر با لحاظ نمودن برهم کنش میان جریان سیال- سازه و با بهره گیری از روش شبکه متحرک لاگرانژی- اویلری ارائه شدند و سپس به شکل بی بعد انتقال یافتند. معادلات با استفاده از روش المان محدود حل شدند و سپس صحت نتایج در مقایسه با پژوهش های معتبر پیشین ارزیابی شد. نتایج، یک بار به همراه پره انعطاف پذیرو بار دیگر با پره صلب در بازه زمانی بی بعد صفر تا 07 / 0، در محدود اعداد رایلی 6+ 10 تا7+ 2×10 و زوایای انحراف -10o تا +40o ، درون محفظه بسته ترسیم گردید. نتایج نشان می دهند که استفاده از پره انعطاف پذیرنسبت به پره صلب باعث کاهش میزان انتقال حرارت می گردد. از سوی دیگر، استفاده از پره عایق به جای پره رسانا، سبب بروز الگوهای متفاوتی برای عدد ناسلت متوسط در طول بازه زمانی شده و تضعیف انتقال حرارت را در پی دارد.کلید واژگان: جریان آرام جابه جایی طبیعی، پره انعطاف پذیر_ برهم کنش سیال- سازه، روش لاگرانژی- اویلری، شبکه متحرکThe present study aims to address the effect of the presence of a flexible fin on the natural convection heat transfer inside a square cavity. A flexible fin is placed on the left vertical wall by initial tilted angle 30o from the horizontal direction. An Arbitrary Lagrangian-Eulerian method for fluid-structure (fluid-flexible fin) interaction is utilized. Based on this method, the governing system of equations for laminar fluid and heat transfer is formulated into a non- dimensional form and then solved using the finite element method and then results accuracy evaluated against previous valid studies. The results are plotted for an enclosure containing a flexible fin as well as a solid fin in the non-dimensional time interval of 0 to 0.07 and in the Rayleigh number range of 106 to 2×107 and the fin tilted angle of -10° to °. The results show that the presence of a flexible fin deteriorates the heat transfer compared to a solid fin. In other words, using an insulated fin instead of a conductive fin makes different patterns for average Nusselt number curve in a range time and causes a reduction of the rate of heat transfer. Also, the presence of a flexible fin mounted on the hot wall especially affects the average Nusselt number in the areas above the fin location and induces oscillating heat transfer patterns.Keywords: Laminar natural convection heat transfer, Flexible fin, Fluid-Structure interaction, Arbitrary Lagrangian-Eulerian method, Moving mesh
-
روش المان محدود برای مدل سازی انتقال هم زمان جرم و حرارت در نمونه های استوانه ای موز مورد استفاده قرار گرفت. در مدل ارائه شده خواص ترموفیزیکی محصول به صورت تابعی از رطوبت و دمای محصول در طول فرایند در نظر گرفته شد. مدل سازی به کمک نرم افزار تجاری COMSOL نسخه 5.1 و به صورت تقارن محوری انجام شد. از روش اویلر لاگرانژ دلخواه (ALE) برای تعریف مرز متحرک جهت احتساب چروکیدگی در مدل استفاده شد. برای راستی آزمایی مدل، نمونه های موز در شرایط مختلف خشک شدند و تغییرات دما در مرکز نمونه و میانگین محتوی رطوبت نمونه ها با مقادیر پیش بینی شده توسط مدل مقایسه شدند. نتایج نشان داد درصد میانگین خطای نسبی برای تخمین رطوبت و دما به ترتیب در محدوده %83/8-23/4 و % 82/1-12/1 بود. بنابراین مدل ارائه شده قادر است محتوی رطوبت و دمای مرکز نمونه را در طول فرایند خشک شدن به طور موفقیت آمیزی پیش بینی کند. با توجه به اهمیت پیش بینی تغییرات دما و رطوبت، مدل ارائه شده می تواند به عنوان ابزار مفیدی در جهت بهینه کردن فرایند خشک کردن موز از نظر بازده آن وکیفیت محصول مورد استفاده قرار گیرد. انتظار می رود که مدل مذکور به راحتی قابل تعمیم برای خشک کردن محصول های مشابه با شکل استوانه ای باشد.کلید واژگان: المان محدود، چروکیدگی، خشک کن همرفتی، روش اویلر لاگرانژ دلخواه، موزFinite element method was used in order to model the simultaneous heat and mass transfer in cylindrical banana samples. The thermophysical properties of banana were considered as the function of moisture content and temperature. The simulation was carried out in the form of axisymmetric model. The Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) approach was used in order to incorporate the radial shrinkage effect in the model. The validation of the model was checked by comparing the predicted results with experimental data in various drying conditions. Results showed the mean relative error percent (E%) for estimating the moisture content and core temperature of banana samples in different drying conditions were in the range of 4.23-8.83% and 1.12-1.82% respectively. Therefore, the presented model was able to predict the average moisture content and core temperature satisfactorily. With considering the importance of estimating the moisture content and temperature, the model can be used as a confident tool in order to optimize drying process of banana from the quality and efficiency view. It is expected the presented model can be easily extended for drying of similar products with cylindrical shape.Keywords: Finite Element, Shrinkage, Convective dryer, Arbitrary Lagrangian-Eulerian Method, Banana
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.