Mass transfer experiment by naphthalene sublimation method has great advantages in measurement of local transfer coefficients in the region of a three dimensional flow or for a model of complex geometry, which is considered to be very difficult with conventional heat transfer measurements. Mass transfer data obtained by naphthalene sublimation technique are converted to the heat transfer data through heat/mass transfer analogy. This analogy is valid for a simple or laminar flow, but new insight is needed when applying to a turbulent flow or complex flow such as separation, reattachment and recirculation, The purpose of this research is to investigate how geometries and flow conditions incorporate heat/mass transfer analogy. Mass transfer experiments are performed using naphthalene sublimation technique for a flat plate, a circular cylinder, and rectangular cylinders. And mass transfer data are compared with earlier heat transfer measurements for the same geometries. Usefulness of analogy relation between heat and mass transfer is examined with these results.
A Pin-fin array is widely used to enhance the heat transfer in the internal cooling passage. The heat transfer distribution around the pin-fin is varied by the horseshoe vortex and flow separation. The difference of heat transfer coefficient induces the large thermal stress, which is one of the major reasons to break of hot components. So, it is required to enhance the heat transfer on the back side of pin-fin to solve the thermal stress problem. This study suggests the pin-fin with inclined jet hole and complex pin-fin/dimple array to enhance the heat transfer on the back side of pin-fin. The heat transfer coefficient is predicted by the numerical analysis, which is performed by CFX 14.0. The numerical results are obtained at Reynolds number, 10,000. The results show that the heat transfer on the back side of pin-fin is increased in both cases. Beside, the wake, which comes from dimple and jet, helps to develop the horseshoe vortex and increase the heat transfer on the next row pin-fin.
The present study investigates the effects of various rib arrangements and rotating on heat/mass transfer in the cooling passage of gas turbine blades. The cooling passage has very complex flow structure, because of the rib turbulator and rotating effect. Experiments and numerical calculation are conducted to investigate the complex flow structures and heat transfer characteristics; the numerical computation is performed using a commercial code, FLUENT ver.5, to calculate the flow structures and the experiments are conducted to measure heat/mass transfer coefficients using a naphthalene sublimation technique. For the rotating duct tests, the test duct, which is the cross section of is $20mm\times40mm$ (the hydraulic diameter, $D_h$, of 26.7 mm, has two-pass with $180^{\circ}$ turning and the rectangular ribs on the wall. The rib angle of attack is $70^{\circ}$ and the maximum radius of rotation is $21.63D_h$. The partition wall has 10 mm thickness, which is 0.5 times to the channel width, and the distance between the tip of the partition wall and the outer wall of the turning region is 26.7 mm $(1D_h)$. The turning effect of duct flow makes the very complex flow structure including Dean type vortex and high turbulence, so that the heat/mass transfer increases in the turning region and at the entrance of the second pass. The Coriolis effect deflects the flow to the trailing surface, resulting in enhancement of the heat/mass transfer on the trailing surface and reduction on the leading surface in the first pass. However, the opposite phenomena are observed in the second pass. The each rib arrangement makes different secondary flow patterns. The complex heat/mass transfer characteristics are observed by the combined effects of the rib arrangements, duct rotation and flow turning.
왕복유동에 의한 순간 열전달현상은, 왕복유동의 두가지 특성인 왕복주파수와 왕복거리를 나타내는 .betha.와 .gamma.에 의하여 결정되고, 그 특성에 따라 세영역으로 나누어짐을 확인하였다. 영역 I에서는 일방향유동에서와 마찬가지로 열유속이 평균온도차에 비례하고, 영역 II에서는 열유속과 평균온도차간에 약 45.deg.의 위상차가 발생하지만 모두 1차 조화성분이 주로 나타났다. 한편 영역 III의 경우에는 위상차가 생길뿐만 아니라 평균온도차에 고차 조화성분이 나타났다. 기존의 방법인 복소 Nusselt수를 고차 조화성분까지 확장하면 열유속을 평균온도차로 나타낼 수 있지만 각 조화성분의 정보를 다 알아야하므로 실제 적용이 불가능하였다.
Porous media containing complex fluid passage have especially large surface area per unit volume. This study is aimed to identify the heat transfer characteristics of high-porosity metal foams in a horizontal channel. Experiment is performed under various heat flux, velocity and pore density. Nusselt number decreases with higher pore density. Metal foams shows higher heat transfer coefficients than pin-fin structure with the same porosity. This is due to the more complex flow passage and larger heat transfer area based on the structure of the metal foams. The analysis on the pin-fin structure may not be suitable to the metal foam structure but should be identified extensively through further study.
Heat transfer and momentum transfer under conditions of both oscillating flow and oscillating pressure within pulse tubes show very different behavior from those for steady state conditions. The analytic solutions of axial velocity and temperature of the gas within pulse tubes were obtained by assuming that the variations in pressure and temperature were purely sinusoidal and small. The shear stress and the heat flux at the tube wall obtained from the solutions are expressed in terms of the cross-sectional averaged velocity, the difference between mean temperature and instantaneous cross-sectional averaged temperature and the difference between mean pressure and instantaneous pressure. It is shown that the complex shear factor, which has been applied to momentum transfer of incompressible oscillating flow, and the complex Nusselt number, which has been applied to either heat transfer with oscillating pressure only or heat transfer of incompressible oscillating flow, could also be used for momentum transfer and heat transfer subjected to both oscillating flow and oscillating pressure, respectively.
본 연구에서는 양각과 레이놀즈수를 변화시켜 가면서 사각관 각 면에서의 국 소물질전닭계수를 측정하여, 유동의 정체, 가속, 박리, 재부착, 와류유출등의 복잡한 유동현상이 물질전달에 미치는 영향을 고찰하고자 한다. 한편 Igarashi의 열전달 측 정 결과와 비교하여 열전달과 물질전달의 유사성을 고찰하고, 복잡한 유동이나 3차원 유동영역에서의 열전달해석에 나프탈렌승화법을 이용한 물질전달실험의 응용 가능성을 검토하고자 한다.
This study presents an idea of using analogy concept to the heat transfer studies regarding the HTGR development. Theoretical backgrounds regarding the idea were reviewed. In order to investigate the predictability of a mass transfer system for heat transfer system phenomenology, an electroplating system coupled with a limiting current technique was adopted. Test facilities for laminar forced convection and natural convections under laminar and turbulent conditions were constructed, for which heat transfer correlations are known. The test results showed a close agreement between mass transfer and heat transfer systems, which is an encouraging indication of the validity of the analogy theory and the experimental methodology adopted. This paper shows the potential of the experimental method that validates the little-understood heat transfer phenomena, even in complex geometries such as HTGR.
An immersed boundary method for solving the Navier-Stokes and thermal energy equations is developed to compute the heat transfer over or inside the complex geometries in the Cartesian or cylindrical coordinates by introducing the momentum forcing, mass source/sink, and heat source/sink. The present method is based on the finite volume approach on a staggered mesh together with a fractional step method. The method of applying the momentum forcing and mass source/sink to satisfy the no-slip condition on the body surface is explained in detail in Kim, Kim and Choi (2001, Journal of Computational Physics). In this paper, the heat source/sink is introduced on the body surface or inside the body to satisfy the iso-thermal or iso-heat-flux condition on the immersed boundary. The present method is applied to three different problems : forced convection around a circular cylinder, mixed convection around a pair of circular cylinders, and forced convection around a main cylinder with a secondary small cylinder. The results show good agreements with those obtained by previous experiments and numerical simulations, verifying the accuracy of the present method.
The present study investigates convective heat/mass transfer and flow characteristics inside the rib-roughened cooling passage of the gas turbine blades. A square duct with rectangular ribs is used and $\wedge-$ and V-shape ribs with $60^{\circ}$ attack angle are installed on the test plate surfaces. Naphthalene sublimation technique is employed to determine the detailed local heat transfer coefficients using the heat and mass transfer analogy. The ribs disturb the main flow resulting in the recirculation and secondary flows near the ribbed wall and the vortices near the side-wall. The local heat transfer and the secondary flow in the duct are changed largely according to the rib orientation. A square duct with $\wedge$ and V-shape ribs has two pairs of secondary flow because of the rib arrangement. So, the duct has complex heat/mass transfer distribution. The average heat/mass transfer coefficient and pressure drop of $\wedge-$ and V-shape ribs are higher than those with $90^{\circ}$ and $60^{\circ}$ attack angles. The average heat/mass transfer coefficient on the $\wedge-shape$ ribs is higher than that on the V-shape ribs. Also, the uniformity of heat/mass transfer coefficient on discrete ribs is higher than that on continuous rib.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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