The effect of radiation and buoyancy on the thermophoresis phenomenon owing to the presence of highly absorbing, emitting particles (such as soot or pulverized coal) suspended in a two phase flow system was investigated numerically for a turbulent mixed convection flow. The analysis of conservation equations for a gas-particle flow system was performed on the basis of a two-fluid model from a continuum Eulerian viewpoint. The modified van Driest and Cebeci mixing length turbulence model was adopted in the anaylsis of turbulent flow. In addition, the P-1 approximation was used to evaluate the radiation heat transfer. As expected from the particle concentration and drift velocity distribution, the cumulative collection efficiency E (x) becomes larger when the buoyancy effect increases (i.e. higher Grashof number), while smaller as the radiation effect increases (i.e. higher optical thickness).
Convective instability driven by surface tension is analyzed in an initially quiescent water absorbing ammonia gas with heat transfer using the linear stability analysis. The propagation theory is adapted to find the critical conditions of the onset of Marangoni convection. In this theory, the solutal penetration depth is chosen as the length scale factor. The results show that the liquid layer becomes more stable with decreasing the Schmidt number and increasing the Lewis number. It is also found that there is a critical Biot number to make the liquid layer be most unstable, and there is a linear relationship between the thor-mal Marangoni number and the solutal Marangoni number.
A numerical investigation has been performed to discuss the radiation-affected steady-laminar natural convection induced by a hot inner cylinder under a large temperature difference in the annuli filled with a gray gas. To examine the effects of thermal radiation on thermo-fluid dynamic behaviors in the eccentric geometry, the generalized body-fitted coordinate system is introduced while the finite volume method (FVM) is used for solving the radiative transport equation. After validating the numerical results for the case without radiation, the detailed radiation effect has been discussed. Based on the results of this study, when there exists a large temperature difference between two cylinders, the existence of radiatively participating medium is found to incur a distinct difference in fluid dynamic as well as thermal behavior.
Cooling load from the top plate to L$N_2$ surface, including wall conduction, gas conduction, radiation, and current leads, is investigated in a closed cooling system for HTS transformer. In general methods of load calculation, individual load is estimated separately, but they are actually coupled each other because of natural convection of nitrogen vapor. Using heat transfer analysis, we calculate cooling load with taking into account the effect of natural convection. Cooling load is under- estimated approximately 2 % when the natural convection is ignored. If the operating current is high, there will be a wide difference between actual cooling load and cooling load by individual calculation. Cooling load decreases with increasing number of radiation shield. With production, construction, and cooling load, three radiation shields are proper to 1 MVA HTS transformer.
In this paper the HTS current lead for superconducting device is studied numerical method. The current lead is cooled by surrounded He gas by natural convection. To find wall heat flux, the linearization method is adopted Numerical results using natural convection cooling are compared with conventional cooling methods such as conduction cooling and vapor cooling. The results shows that the minimum heat dissipation is much smaller than conduction cooling. Also, the minimum heat dissipation is obtained for the non-zero gradient of temperature at warm end. HTS current lead operating current sharing mode is reduce heat flow to superconducting system.
Namayandeh, Mohammad Javad;Mohammadimehr, Mehdi;Mehrabi, Mojtaba
Advances in materials Research
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제8권2호
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pp.117-135
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2019
The lifetime of a gas turbine combustor is typically limited by the durability of its liner, the structure that encloses the high-temperature combustion products. The primary objective of the combustor thermal design process is to ensure that the liner temperatures do not exceed a maximum value set by material limits. Liner temperatures exceeding these limits hasten the onset of cracking which increase the frequency of unscheduled engine removals and cause the maintenance and repair costs of the engine to increase. Hot gas temperature prediction can be considered a preliminary step for combustor liner temperature prediction which can make a suitable view of combustion chamber conditions. In this study, the temperature distribution of ceramic panels for a V94.2 gas turbine combustor subjected to realistic operation conditions is presented using three-dimensional finite difference method. A simplified model of alumina ceramic is used to obtain the temperature distribution. The external thermal loads consist of convection and radiation heat transfers are considered that these loads are applied to flat segmented panel on hot side and forced convection cooling on the other side. First the temperatures of hot and cold sides of ceramic are calculated. Then, the thermal boundary conditions of all other ceramic sides are estimated by the field observations. Finally, the temperature distributions of ceramic panels for a V94.2 gas turbine combustor are computed by MATLAB software. The results show that the gas emissivity for diffusion mode is more than premix therefore the radiation heat flux and temperature will be more. The results of this work are validated by ANSYS and ABAQUS softwares. It is showed that there is a good agreement between all results.
The configuration of the flow channel on a bipolar plate of a proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) for efficient reactant supply has great influence on the performance of the fuel cell. Recent demand for higher energy density fuel cells requires an increase in current density at mid voltage range and a decrease in concentration overvoltage at high current density. Therefore, an interdigitated flow channel where mass transfer rate by convection through a gas diffusion layer is greater than the mass transfer by a diffusion mechanism through a gas diffusion layer was recently proposed. This study attempts to analyze the i-V performance, mass transfer and pressure drop in interdigitated flow channels by developing a fully three dimensional simulation model for PEMFC that can deal with anode and cathode flow together. The results indicate that the trade off between performance and pressure loss should be considered for efficient design of flow channels. Although the performance of the fuel cell with interdigitated flow is better than that with conventional flow channels due to a strong mass transfer rate by convection across a gas diffusion layer, there is also an increase in friction due to the strong convection through the porous diffusion layer accompanied by a larger pressure drop along the flow channel. It was evident that the proper selection of the ratio of channel and rib width under counter flow conditions in the fuel cell with interdigitated flow are necessary to optimize the interdigitated flow field design.
본 연구는 국내 상업용 대형 가스오븐 시스템 개발을 목표로 연소기의 연소조건에 대한 수치해석 및 실험을 통해 적정 당량비를 결정한 후 공급열량(20,000 kcal)에 적합한 열교환기를 설계하고 대류 팬 제어방법을 검토하여 상업용 대형 가스오븐 시스템 설계 및 최적운전조건을 도출하는 것이다. 실험결과 당량비는 0.82가 가장 적절하였고 오븐 내부 중앙지점의 온도가 $200^{\circ}C$까지 도달하는데 걸리는 시간은 대류 팬의 회전방향이 반시계방향일 때 시계방향 보다 단축되었다. 또한 오븐 내부의 온도를 균일하게 유지하기 위해서는 대류 팬 제동장치가 필요하였다. 오븐 내부의 승온구간과 온도유지구간 동안 배출되는 배기가스의 열량을 통해 시스템 효율을 비교한 결과 전열면적이 큰 열교환기를 설치한 시스템의 효율이 높게 나타났다.
The ISP-47 TOSQAN experiment was analyzed with containmentFOAM which is an open-source CFD code based on OpenFOAM. The containment phenomena taking place during the experiment are gas mixing, stratification and wall condensation in a mixture composed of steam and non-condensable gas. The k-ω SST turbulence model was adopted with buoyancy turbulence models. The wall condensation model used is based on the diffusion layer approach. We have simulated the full TOSQAN experiment which had a duration 20000 s. Sensitivity studies were conducted for the buoyancy turbulence models with SGDH and GGDH and there were not significant differences. All the main features of the experiments namely pressure history, temperature, velocity and gas species evolution were well predicted by containemntFOAM. The simulation results confirmed the formation of two large flow stream circulations and a mixing zone resulting by the combined effects of the condensation flow and natural convection flow. It was found that the natural convection in lower region of the vessel devotes to maintain two large circulations and to be varied the height of the mixing zone as result of sensitivity analysis of non-condensing wall temperature. The computational results obtained with the 2D mesh grid approach were comparable to the experimental results.
Geon Hyeong Lee;Jae Hyung Park;Beomjin Jeong;Sung Joong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제56권8호
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pp.3043-3066
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2024
In various small modular reactor (SMR) designs currently under development, the conventional concrete containment building has been replaced by a metal containment vessel (MCV). In these systems, the gap between the MCV and the reactor pressure vessel is filled with gas or vacuumed weakly, effectively suppressing conduction and convection heat transfer. However, thermal radiation remains the major mode of heat transfer during normal operation. The objective of this study was to investigate the heat-transfer mechanisms in integral pressurized water reactor (IPWR)-type SMRs under various gas-filled conditions using computational fluid dynamics. The use of thermal radiation shielding (TRS) with a much lower emissivity material than the MCV surface was also evaluated. The results showed that thermal radiation was always the dominant contributor to heat loss (48-97%), while the conjugated effects of the gas candidates on natural convection and thermal radiation varied depending on their thermal and radiative properties, including absorption coefficient. The TRS showed an excellent insulation performance, with a reduction in the total heat loss of 56-70% under the relatively low temperatures of the IPWR system, except for carbon dioxide (13%). Consequently, TRS can be utilized to enhance the thermal efficiency of SMR designs by suppressing the heat loss through the MCV.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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