The critical condition of the onset of buoyancy-driven convective motion of uniformly heated horizontal fluid layer was analysed by the propagation theory which transforms the disturbance quantities similarly. The dimensionless critical time, $\tau$$\sub$c/, is obtained as a function of the Rayleigh number and the Prandtl number. Based on the stability criteria and the boundary-layer instability model, a new heat transfer correlation which can cover whole range of Rayleigh number was derived. Our theoretical results predict the experimental results quite reasonably.
Rotating flow of a stratified fluid contained in a circular cylinder with unstable temperature gradient imposed on the side wall of it has been numerically studied. The temperatures at the endwall disks are constant. The top disk of the container is coider than that of the bottob disk, as much as the temperature difference n${\Delta}$T, (0${\leq}$n${\leq}$3). Flows in the vessel are driven by an impulsive rotation of the hot bottom disk with respect to the central axis of the cylinder. Flow details have been acquired. For this flow, the principal balance in the interior core is characterized by a relationship between the radial temperature gradient and the vertical shear in the azimuthal velocity. As the buoyancy effect becomes appreciable, larger portions of the meridional fluid transport are long-circuit from the bottom disk to the interior region via the side wall.
Kim, Min-Chan;Kim, Sin;Yoon, Do-Young;Kim, Sae-Hoon
Journal of Energy Engineering
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v.10
no.3
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pp.266-271
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2001
Buoyancy-driven natural convection is analysed by employing a linear stability theory in hori-zontal porous media with net through flow. Darcy's law is used to model the flow characteristics in porous media. Bated on the results of linear stability analysis, a heat transfer correlation was obtained by employing weakly nonlinear analysis. As the net through flow increases, the system becomes more stable and the effect of the Darcy-Rayleigh number on the Nusselt number decreases.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.12
no.6
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pp.272-282
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2002
Mercurous bromide ($Hg_{2}0Br_{2}$) crystals hold promise for many acousto-optic and opto-electronic applications. This material is prepared in closed ampoules by the physical vapor transport (PVT) growth method. Due to the temperature gradient between the source and the growing crystal region, the buoyancy-driven convection may occur. The effects of thermal convection on the crystal growth rate was investigated in this study in a horizontal configuration for conditions ranging from typical laboratory conditions to conditions achievable only in a low gravity environment. The results showed that the growth rate increases linearly with Grashof number, and for 0.2 $\leq$ Ar (transport length-to-height, L/H)$\leq$1.0 sharply for Ar=5 and $\Delta$T=30 K. We have also shown that the magnitude of convection decreases with the Ar. For gravity levels of less than $10^{-2}$g the non-uniformity of interfacial distribution is negligible.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.3
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pp.741-750
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1995
The turbulent buoyancy-driven flow in 2-dimensional enclosed cavities heated from the vertical side is numerically calculated for both cases of a Rayleigh number of 5*10$^{10}$ for air and 2.5*10$^{10}$ for water. Three different turbulence models are considered : standard k-.epsilon. model of Ozoe and low-Reynolds-number model of Lam and Bremhorst, and another low-Reynolds-number model of Davidson. The results indicate that the use of low-Reynolds number models is recommended for the indoor airflow computation, and the results from Davidson model are reasonably close to the reported experimental data. A sensitivity study shows that the amounts of wall-heat transfer and the velocity profiles with the Lam and Bremhorst model largely depend on the choice of the wall function for .epsilon..
Theoretical and numerical study on heat transfer and evaporation in the vertical channel has been carried out and basic correlations have been derived for the heat transfer evaluation of PCCS. Analysis program was developed with low-Reynolds-number k-$\varepsilon$ model and surface transfer rates were calculated for the turbulent natural convection in the vertical channel. In relation to dry cooling by buoyancy-driven air, first, the system parameters which govern overall heat transfer rate are determined through the adequate nondimensionalization procedure. After comparison with existing experimental data, numerical results are used to derive heat transfer correlation by sensitivity calculations. In relation to wet cooling by falling water film, numerical analysis are carried out for evaporation process with real film surface conditions and evaporation correlation is derived through analogy concept and correction factors.
Bae, Youngmin;Kim, Seong Hoon;Seo, Jae-Kwang;Kim, Young In
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.4
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pp.925-931
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2016
In this study, laminar natural circulation and heat transfer in a tall rectangular enclosure with disconnected vertical partitions inside were investigated. Analytical expressions were developed to predict the circulation flow rate and the average Nusselt number in a partially partitioned enclosure with isothermal side walls at different temperatures and insulated top and bottom walls. The proposed formulas are then validated against numerical results for modified Rayleigh numbers of up to $10^6$. The impacts of the governing parameters are also examined along with a discussion of the heat transfer regimes.
The influence of density differences on the mixing of the primary loop inventory and the Emergency Core Cooling (ECC) water in the downcomer of a Pressurised Water Reactor (PWR) was analyzed at the ROssendorf COolant Mixing (ROCOM) test facility. ROCOM is a 1:5 scaled model of a German PWR, and has been designed for coolant mixing studies. It is equipped with advanced instrumentation, which delivers high-resolution information for temperature or boron concentration fields. This paper presents a ROCOM experiment in which water with higher density was injected into a cold leg of the reactor model. Wire-mesh sensors measuring the tracer concentration were installed in the cold leg and upper and lower part of the downcomer. The experiment was run with 5% of the design flow rate in one loop and 10% density difference between the ECC and loop water especially for the validation of the Computational Fluid Dynamics (CFD) software ANSYS CFX. A mesh with two million control volumes was used for the calculations. The effects of turbulence on the mean flow were modelled with a Reynolds stress turbulence model. The results of the experiment and of the numerical calculations show that mixing is dominated by buoyancy effects: At higher mass flow rates (close to nominal conditions) the injected slug propagates in the circumferential direction around the core barrel. Buoyancy effects reduce this circumferential propagation. Therefore, density effects play an important role during natural convection with ECC injection in PWRs. ANSYS CFX was able to predict the observed flow patterns and mixing phenomena quite well.
This paper is a continuation of the recent development on Hermite-based divergence free element method and deals with a non-isothermal fluid flow thru the buoyancy driven flow in a square enclosure with temperature difference across the two sides. The basis functions for the velocity field consist of the Hermite function and its curl while the basis functions for the temperature field consists of the Hermite function and its gradients. Hence, the number of degrees of freedom at a node becomes 6, which are the stream function, two velocities, the temperature and its x and y derivatives. This paper presents numerical results for Ra = 105, and compares with those from a stabilized finite element method developed by Illinca et al. (2000). The comparison has been done on 32 by 32 uniform elements and the degree of approximation of elements used for the stabilized finite element are linear (Deg. 1) and quadratic (Deg. 2). The numerical results from both methods show well agreements with those of De vahl Davi (1983).
This paper is a continuation of the recent development on the hermite-based divergence free basis function and deals with a non-isothermal fluid flow thru the buoyancy driven flow in a square cavity with temperature difference across the two sides. The basis functions for the velocities consist of the hermite function and its curl. However, the basis for the temperature are the hermite function and its gradienst. Hence, the number of degrees of freedom at a node becomes 6, which are the stream function, two velocities, the temperature and its x- and y-derivatives. Numerical results for the streamlines, the temperatures, the x-velocities and the y-velocities show good agreements with those of De vahl Davis[7].
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[게시일 2004년 10월 1일]
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