Experiments are conducted to study bubble flow behavior during the instability of subcooled boiling under uniform and non-uniform transverse heating. The non-uniform heat distribution introduces nonuniform bubble generation and condensation rates on the heated surface, which is different from the uniform heating. These bubble generation and condensation characteristics introduce a non-uniform local pressure distribution in the transverse direction, which creates an extra non-uniform pressure on the flowing bubbles. Therefore, different bubble flow behavior can be observed between uniform and non-uniform heating conditions. In the uniform heating, bubble velocity fluctuations are low, and the bubbles travel straight along the axial direction. In the non-uniform heating, more fluctuation in the bubble velocity occurs at low mass flow rate and high subcooled inlet temperatures, and reverse flow is observed. Additionally, the bubbles show a zigzag trajectory when they pass through the channel, which indicates the existence of cross flow in the transverse direction.
Temperature gradient focusing (TGF) of analytes via Joule heating is achieved when electric field is applied along a microchannel of varying width. The effect of varying width of the microchannel for the focusing performance of the device was numerically studied. The governing equations were implemented into a quasi-1D numerical model along a microchannel. The validity of the numerical model was verified by a comparison between numerical and experimental results. The distributions of temperature, velocity, and concentration along a microchannel were predicted by the numerical results. The narrower middle width and wider outside width of the channel having the fixed length contribute to improve the focusing performance of the device. However, too narrow middle width of the channel generates a higher temperature which can cause the problems including sample denaturation and buffer solution boiling. Therefore, the channel geometry should be optimized to prevent these problems. The optimal widths of the microchannel for the improvement on TGF were proposed and this model can be easily applied to lab-on-a-chip (LOC) applications where focusing is required based on its simple design.
When a nuclear reactor with rectangular fuel assemblies runs for a long time, impurities and debris may be taken into coolant channels, which may cause flow blockage, and the blocked fuel assemblies might be destroyed. Therefore, the purpose of this study is to perform a thermal-hydraulic analysis of a rectangular fuel assembly by STAR-CCM+, under the condition of one subchannel with 80% blockage ratio. A rectangular fuel assembly of the International Atomic Energy Agency (IAEA) 10 MW material test reactor (MTR) is chosen. In view of the gasket material taken into the coolant channel is close to the single side of the coolant channel, in the flow blockage accident of the Oak Ridge Research Reactor (ORRR), a new blockage category called single side blockage is attempted. The blockage positions include inlet, middle and outlet, and the blockage is set as a cuboid. It is found by simulations that the blockage redistributes the mass flow rate, and large vortices appear locally. The peak temperature of the cladding is maximum, when the blockage is located at the single side of the coolant channel inlet, and no boiling occurs in all blockage cases. Moreover, as the height of the blockage increases, the damage caused by the blockage increases slightly.
Two-phase pressure drop experiments were performed during flow boiling to deionized water in a microchannel having a hydraulic diameter of $500{\mu}m$. Tests were made in the ranges of heat fluxes from 100 to $400kW/m^2$, vapor qualities from 0 to 0.2 and mass fluxes of 200, 400 and $600kg/m^2s$. The frictional pressure drop during flow boiling is predicted by using two models; the homogeneous model that assumes equal phase velocity and the separate flow model that allows a slip velocity between two phases. From the experimental results, it is found that the two phase multiplier decreases with an increase in mass flux. Measured data of pressure drop are compared to a few available correlations proposed for macroscale and mini/microscale. Among the separated flow models, the correlation model suggested by Lee and Garimella predicted the frictional pressure drop within MAE of 47.2%, which is better than other correlations.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제11권1호
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pp.72-79
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1987
When the wall temperature is very high, a stable vapor film covers the heat transfer surface. The vapor film creates a strong thermal resistance when heat is transferred to the liquid though it. This phenomenon, called "film boiling" is very important in the heat treatment of metals, the design of cryogenic heat exchangers, and the emergency cooling of nuclear reactors. In the practical engineering problems of the transient cooling process of a high temperature wall, the wall temperature history, the variation of the heat transfer coefficients, and the wall superheat at the rewetting points, are the main areas of concern. These three areas are influenced in a complex fashion such factors as the initial wall temperature, the physical properties of both the wall and the coolant, the fluid temperature, and the flow state. Therefore many kinds of specialized experiments are necessary in the creation of precise thermal design. The object of this study is to investigate the heat transfer characteristics in the transient cooling process of a high temperature wall. The slow transient cooling experiment was carried out with a copper block of high thermal capacity. The block was 240 mm high and 79 mm O.D.. The coolant flowed throuogh the center of a 10 mm diameter channel in the copper block. In the copper block, three sheathed thermocouples were placed in a line perpendicular to the flow. These thermocouples were used to take measurements of the temperature histories of the copper block.
A novel fully passive small modular superheated water reactor (SWR) for underwater deployment is designed to produce 160 MWe with steam at $500^{\circ}C$ to increase the thermodynamic efficiency compared with standard light water reactors. The SWR design is based on a conceptual 400-MWe integral SWR using the internally and externally cooled annular fuel (IXAF). The coolant boils in the external channels throughout the core to approximately the same quality as a conventional boiling water reactor and then the steam, instead of exiting the reactor pressure vessel, turns around and flows downward in the central channel of some IXAF fuel rods within each assembly and then flows upward through the rest of the IXAF pins in the assembly and exits the reactor pressure vessel as superheated steam. In this study, new cladding material to withstand high temperature steam in addition to the fuel mechanical and safety behavior is investigated. The steam temperature was found to depend on the thermal and mechanical characteristics of the fuel. The SWR showed a very different transient behavior compared with a boiling water reactor. The inter-play between the inner and outer channels of the IXAF was mainly beneficial except in the case of sudden reactivity insertion transients where additional control consideration is required.
피셔-트롭쉬 합성반응은 CO와 H2의 혼합가스로 이루어진 합성가스를 부가가치가 높은 탄화수소 제품으로 변환시킨다. 본 논문에서는 저온 피셔-트롭쉬 합성반응과 단일, 다중 마이크로채널 반응기에 패킹시킨 촉매를 기반으로 강화된 반응조건의 열전달을 고려하여 전산유체역학 기반의 시뮬레이션을 진행하고 분석하였다. 단일채널모델을 통하여 CO 전환률이 ~65% 이상, $C_{5+}$ 선택도가 ~74% 이상을 달성하면서도 Co 기반의 super-active 촉매를 통해 GHSV를 $30000hr^{-1}$을 달성할 수 있음을 보였다. 다중 마이크로채널 반응기모델에서는 열전달 시뮬레이션을 동시에 해석하여, 3가지의 다른 반응기구조에 대해서, 직교류 wall boiling 냉매를 사용시 ${\Delta}T_{max}$가 23 K였으며 평행유동 subcooled 냉매와 평행유동 wall boiling 냉매의 경우 각각 15 K와 13 K의 ${\Delta}T_{max}$를 보였다. 반응기 전체적으로 498 - 521 K에서 온도제어가 가능했으며 계산된 사슬성장 가능성은 저온 피셔-트롭쉬 합성에 적합한 것으로 보인다.
산업적으로 얇은 사각유로에서의 임계열유속을 포함한 열수력 현상을 이해하고 이를 시스템 설계에 반영해야 될 필요성이 증대되고 있다. 포화비등조건에서 임계열유속이 발생하는 주요기구는 일반적으로 환상유동 영역에서 액막이 건조되는 것이다. 이러한 임계열유속을 예측하기 위하여 원형관에 대한 대표적인 액막건조모델을 고찰하고 환상유동 시작 경계조건을 상수로 가정하는 기존 모델의 한계를 살펴보았다. 균일한 열유속으로 가열되는 얇은 수직사각유로 상향유동에서의 임계열유속을 예측하기 위하여 환상유동을 단순 모델링하고, 새로운 액막건조모델을 적용하였다. 284 개 실험데이타에 대한 예측성능을 확인한 결과 MAE 18.1%, RMSE 22.9% 예측오차로 실험데이타를 잘 예측할 수 있음을 확인하였다.
The present paper deals with an experimental study of boiling heat transfer characteristics of R-290, and is focused on pressure gradient and heat transfer coefficient of the refrigerant flow inside horizontal smooth minichannel with inner diameter of 3.0 mm and length of 2000 mm. The direct heating method applied for supplying heat to the refrigerant where the test tube was uniformly heated by electric current which was applied to the tube wall. The experiments were conducted with R-290 with purity of 99.99% at saturation temperature of 0 to $10^{\circ}C$. The range of mass flux is $50{\sim}250kg/m^2s$ and heat flux is $5{\sim}20kW/m^2$. The heat transfer coefficients of R-290 increases with increasing mass flux and saturation temperature, wherein the effect of mass flux is higher than that of the saturation temperature, whereas the heat flux has a low effect on increasing heat transfer coefficient. The significant effect of mass flux on heat transfer coefficient is shown at high quality, the effect of heat flux on heat transfer coefficient at low quality shows a domination of nucleate boiling contribution. The heat transfer coefficient of the experimental result was compared with six existing heat transfer coefficient correlation. Zang et al.'s correlation(2004) gave the best prediction of heat transfer coefficient.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제29권1호
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pp.49-59
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2005
The evaporation heat transfer experiments are conducted with the shell and plate heat exchanger (S&PHE) without oil in the refrigerant loop using R-410A. An experimental refrigerant loop has been established to measure the evaporation heat transfer coefficient h. of R-410A in a vertical S&PHE. Two vertical counter flow channels were formed in the S&PHE by three plates haying a corrugated trapezoid shape of a $45^{\circ}C$ chevron angle. UP flow of the boiling R-410A in one channel receives heat from the hot down flow of water in the other channel The effects of the refrigerant mass flux. average heat flux. refrigerant saturation temperature and vapor qualify are explored in detail. Similar to the case of a plate heat exchanger. even at a very low Reynolds number, the flow in the S&PHE remains turbulent. The Present data shows that the evaporation heat transfer coefficients of R-410A increased with the vapor qualify. The results indicate a rise in the refrigerant mass flux caused an increase in the h.. Raising the imposed wall heat flux is found to slightly improve h., while h, is found to be lower at a higher refrigerant saturation temperature. Based on the present data. empirical correlation of the evaporation heat transfer coefficient is proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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