Bubble columns are widely encountered in several industries, especially in the field of nuclear safety. The Eulerian-Eulerian and the Eulerian-Lagrangian methods are commonly used to investigate bubble columns. Eulerian approaches require additional tasks such as strict volume conservation at the interface and a predefined well-structured grid. In contrast, the Lagrangian approach can be easily implemented. Hence, we introduce a fully Lagrangian approach for the simulation of bubble columns using the discrete bubble model (DBM) and moving particle semi-implicit (MPS) methods. Additionally, we propose a rigorous method to estimate the volume fraction accurately, and verified it through experimental data and analytical results. The MPS method was compared with the experimental data of Dambreak. The DBM was verified by analyzing the terminal velocity of a single bubble for each bubble size. It agreed with the analytical results for each of the four drag correlations. Additionally, the improved method for calculating the volume fraction showed agreement with the Ergun equation for the pressure drop in a packed bed. The implemented MPS-DBM was used to simulate the bubble column, and the results were compared with the experimental results. We demonstrated that the MPS-DBM was in quantitative agreement with the experimental data.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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제1권2호
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pp.190-201
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1989
This experimental investigation has been conducted to determine the effects of swirling angle and flow patterns on distributions of void fraction, bubble velocity and two-phase pressure drop in a vertical straight tube. Swirling angles of $0^{\circ}$ (non swirling), $30^{\circ}$, and $45^{\circ}$ were tested with air-water two components over a range of superficial air velocities. A transparent lucite tube of 38mm in internal diameter was used for the test section. The void fraction and bubble velocities were measured by means of a optical fiber probe at the upper part of the swirler in the test section. Pressure drops which seem to be closely related with flow patterns and swirling angle were measured by a differential pressure transducer. It is shown that the probability density functions of pressure drop demonstrate peculiar features for both swirling angles and flow patterns, whereas the distributions of void fraction and bubble velocities are parabolic and flat shape in the vicinity of tube center, respectively except bubbly flow in any swirling angle cases, and the void fraction increases with increasing swirling angle around the center of tube.
An experiment has been performed using a facility, which simulates the safety depressurization system (SDS) and in-containment refueling water storage tank (IRWST) of APR1400, an advanced PWR being developed in Korea, to investigate the dynamic load resulting from the blowdown of steam from a steam generator through a sparser. The influence of the key parameters, such as air mass, steam pressure, submergence, valve opening time, and pool temperature, on frequency and peak toads was investigated. The blowdown phenomenon was analyzed to find out the real cause of the initiation of bubble oscillation and discrepancy in frequencies between the experiment and calculation by conventional equation for bubble oscillation. The cause of significant damping was discussed and is presumed to be the highly tortuous flow path around bubble. The Rayleigh-Plesset equation, which is modified by introducing method of image, reasonably reproduces the bubble oscillation in a confined tank. Right after the completion of air discharge the steam discharge immediately follows and it condenses abruptly to provide low-pressure pocket. It may contribute to the negative maximum being greater than positive maximum. The subsequently discharging steam does not play as at the driving force anymore.
The spanwise flow structure around a rigid smooth circular cylinder model in cross-flow has been investigated based on the experimental data obtained from a series of wind tunnel tests. Surface pressures were collected at five spanwise locations along the cylinder over a Reynolds number range of $1.14{\times}15^5$ to $5.85{\times}10^5$, which covered sub-critical, single-bubble and two-bubble regimes in the critical range. Separation angles were deduced from curve fitted to the surface pressure data. In addition, spanwise correlations and power spectra analyses were employed to study the spatial structure of flow. Results at different spanwise locations show that the transition into single-bubble and two-bubble regimes could occur at marginally different Reynolds numbers which expresses the presence of overlap regions in between the single-bubble regime and its former and later regimes. This indicates the existence of three-dimensional flow around the circular cylinder in cross-flow, which is also supported by the observed cell-like surface pressure patterns. Relatively strong spanwise correlation of the flow characteristics is observed before each transition within the critical regime, or formation of first and second separation-bubbles. It is also noted that these organized flow structures might lead to greater overall aerodynamic forces on a circular cylinder in cross-flow within the critical Reynolds number regime.
Three-dimensional transient simulation of laser-GMA hybrid welding involving multiple physical phenomena is conducted neglecting the interaction effect of laser and arc heat sources. To reproduce the bubble and pore formations in welding process, a new bubble model is suggested and added to the established laser and arc welding models comprehending VOF, Gaussian laser and arc heat source, recoil pressure, arc pressure, electromagnetic force, surface tension, multiple reflection and Fresnel reflection models. Based on the models mentioned above, simulations of laser-GMA hybrid butt welding are carried out and besides the molten pool flow, top and back bead formations could be observed. In addition, the laser induced keyhole formation and bubble generation duo to keyhole collapse are investigated. The bubbles are ejected from the molten pool through its top and bottom regions. However, some of those are entrapped by solid-liquid interface and remained as pores. Those bubbles and pores are intensively generated when the absorption of laser power is largely reduced and consequently the full penetration changes to the partial penetration.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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제33권1호
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pp.54-64
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1996
It seems that blowing air bubble out of the bulb surface of a ship of flat bottom will reduce the frictional resistance, since wetted area of the hull surface is reduced owing to air bubble staying close to the surface. To as certain this concept, at first, the limiting streamlines around the bow was observed, and local distribution of pressure and shear stress, due to the change of air-blowing position, air supply pressure, and the model speed, was investigated. It was found that the local friction was reduced near the bulb and air-bubble formations also play an important role as a drag component. This paper can be considered as a preliminary study on the drag reduction of conventional ships by the micro-bubble injection.
The sludge flotation/thickening apparatus equipped a micro-bubble generating pump was used to investigate micro-bubble generating properties on operational parameters. We evaluated micro-bubble generating properties as results to be operated the apparatus by operational parameters which are pump discharge pressure, air/water ratio(A/W ratio), air flow rate, and water flow rate. Micro-bubble generating efficiencies in pumps without recycling flow and with 50% of recycling flow was found to be very efficient on optimum A/W ratio from 1.06 to 3.62% and optimum A/W ratio from 1.05 to 4.06%, respectively. In condition of 3.6% of A/W ratio, we showed that the apparatus could be generated 36,000 ppm of micro-bubble concentration to be optimum treatment efficiency in sludge thickening process.
The one of the most important subject to develop a LPDi engine is to suppress the generation of bubble inside LPG direct injector. For the purpose of this, in this study, the analogy visualization injector to visualize the generation and behavior of bubble, is manufactured and the bubbling phenomenon and behaviors are visualized and studied. The bubble inside the injector is generated at injection hole and after rising by buoyancy, it disappear around the top of a nozzle. The number of bubble generated is little changed regardless of the lapse of time but it is increased remarkably as the temperature around the injector is increased. With injection, the temperature around the injector at which the bubble is generated in_cylinder is much lower than that without injection because the transient pressure drop of fuel by injection.
In this paper, study on performance analysis of bubble pump on the domestic solar water heater system is presented. Device of this experiment is consisted of bubble pump, solar collector and heat exchanger. At the mean time, this system have attached temperature sensors and pressure sensors at bubble pump. In addition, the flow meter was installed at outlet of heat exchanger. And then result of experimental study, average value of the heat exchange amount in heat exchanger was about 7.9kcal/hr, the maximum value of the heat amount in water tank($0.4m^3$) was 489.7kcal/hr and the maximum value of the mass flow rate in bubble pump was about $0.5{\ell}/min$.
Since the expansion of perlite occurs in a few second in high temperature, it is difficult to identify an expansion phenomenon through experiments. In order to explain this phenomenon, a numerical study has been carried out by setting a model that water vapour diffuses to a tiny bubble existing in perlite melts and then makes the bubble grow and perlite expand. When the bubble grew and the perlite expanded due to the diffusion of water vapour, the dynamic temperature of perlite decreased. Meanwhile, the dynamic pressure of bubble increased at the beginning as water vapour diffuses in melts, but rather decreased after a rapid expansion of bubble.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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