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Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization 5/2014

01.05.2014 | RESEARCH PAPER

Optimization of bistable viscoelastic systems

verfasst von: Kristian Ejlebjerg Jensen, Peter Szabo, Fridolin Okkels

Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization | Ausgabe 5/2014

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Abstract

We consider the flow of a viscoelastic fluid in a symmetric cross geometry. For small driving pressures the flow is symmetric, but beyond a certain critical pressure the symmetric flow becomes unstable; two stable asymmetric solutions appear, and forcing of the unstable symmetric flow beyond the critical pressure gives rise to increased hydraulic resistance. We have combined a state-of-the-art implementation for viscoelastic flow modeling with topology optimization in a high level finite element package (COMSOL). We use this framework on the cross geometry with the aim to reduce the critical driving pressure corresponding to the point of bistability, such that the effect is enhanced. The point of bistability is, however, not explicitly contained in the solution, so we opt for a heuristic approach based on the dissipation ratio between the asymmetric and unstable symmetric flow solutions. We find a design that significantly reduces the driving pressure required for bistability, and furthermore is in agreement with the approach followed by experimental researchers. Furthermore, by comparing the two asymmetric solutions, we succesfully apply the same approach to a problem with two fluids meeting in the cross.

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Fußnoten
1
C. 3.5a Documentation. Multiphysics (2008).
 
2
Preliminary results related to this work was presented at the 10th World Congress for Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO10), and it was published in the conference proceedings under ID 5152.
 
3
This is due to interplay with the optimization, since we are able to find steady solution for high values of the projection parameter for the final design. These solutions indicate, that the objective function increases with the projection steepness, ξ.
 
4
We use a third order polynomial to construct the step function.
 
5
Based on personal correspondence with Manuel A. Alves, we believe (Rocha et al. 2009) presents results for the FENE-MCR model.
 
Literatur
Zurück zum Zitat Arratia P, Thomas C, Diorio J, Gollub J (2006) Phys Rev Lett 96:144502CrossRef Arratia P, Thomas C, Diorio J, Gollub J (2006) Phys Rev Lett 96:144502CrossRef
Zurück zum Zitat Baaijens F, Selen S, Baaijens H, Peters G, Meijer H (1997) J Non-Newtonian Fluid Mech 68:173CrossRef Baaijens F, Selen S, Baaijens H, Peters G, Meijer H (1997) J Non-Newtonian Fluid Mech 68:173CrossRef
Zurück zum Zitat Carracciuolo L, Casaburi D, D’Amore L, D’Avino G, Maffettone P, Murli A (2011) J Non-Newtonian Fluid Mech 166:1382CrossRefMATH Carracciuolo L, Casaburi D, D’Amore L, D’Avino G, Maffettone P, Murli A (2011) J Non-Newtonian Fluid Mech 166:1382CrossRefMATH
Zurück zum Zitat Ejlebjerg Jensen K, Szabo P, Okkels F (2012) Appl Phys Lett 100:234102CrossRef Ejlebjerg Jensen K, Szabo P, Okkels F (2012) Appl Phys Lett 100:234102CrossRef
Zurück zum Zitat Jensen KE, Szabo P, Okkels F, Alves M (2012) Biomicrofluidics 6:044112CrossRef Jensen KE, Szabo P, Okkels F, Alves M (2012) Biomicrofluidics 6:044112CrossRef
Zurück zum Zitat Szabo P, McKinley GH, Clasen C (2012) J Non-Newtonian Fluid Mech 169:26CrossRef Szabo P, McKinley GH, Clasen C (2012) J Non-Newtonian Fluid Mech 169:26CrossRef
Metadaten
Titel
Optimization of bistable viscoelastic systems
verfasst von
Kristian Ejlebjerg Jensen
Peter Szabo
Fridolin Okkels
Publikationsdatum
01.05.2014
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Structural and Multidisciplinary Optimization / Ausgabe 5/2014
Print ISSN: 1615-147X
Elektronische ISSN: 1615-1488
DOI
https://doi.org/10.1007/s00158-013-1020-8

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