Two-dimensional numerical simulation has been performed to investigate mixed convection heat transfer between inclined parallel plates with bottom-heated and top-cooled uniformly. The ratio of parallel plate length to height is 9.33, Prandtl number is 909(that of silicone oil at 298K) and Rayleigh number is 8600. In the ranges of the Reynolds number Re from 0 to 1.8 and the angle of inclination ${\theta}$ from 0 to 90 degree. The governing equations are discretized using the finite volume method. In this study, the effects of the Reynolds number, the angle of inclination, and the local and mean Nusselt numbers are presented and discussed. It is found that the periodic flow of mixed convection between inclined parallel plates is shown at $0^{\circ}{\leq}\;{\theta}<30^{\circ},\;Re<0.063$, and the flow pattern can be classified into three patterns which depend on Reynolds number and the angle of inclination. The minimum average Nusselt numbers occur at Re=0.05 regardless of the angle of inclination.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.15
no.2
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pp.126-131
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2003
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.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.9
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pp.722-728
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2006
Natural convection flows in a cubical air-filled slanted cavity that has one pair of opposing faces isothermal at different temperatures, $T_h\;and\;T_c$, respectively, the remaining four faces having a linear variation from $T_c\;toT_h$ are numerically simulated by a solution code (PowerCFD) using unstructured cell-centered method. Special attention is paid to three-dimensional flow and thermal characteristics according to a new orientation (diamond type) for the cubical-cavity benchmark problem in natural convection. Comparisons of the average Nusselt number at the cold face are made with experimental benchmark solutions found in the literature. It is found that the code is capable of producing accurately the nature of the laminar convection in a cubical air-filled slanted cavity with differentially heated walls.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.11
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pp.3686-3694
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1996
A numerical investigation of natural convection flow along irregular vertical surfaces is reported. A transformation method is applied to the problem of natural convection under the assumption of a large Grashof number. A vertical wavy surface is used as an example to demonstrate the advantages of the transformation method, and to show the heat transfer mechanism near such surfaces. Surface non-uniformities on the boundary layer flow induced by a constant was temperature, semi-infinite surface are investigated. Also the effects of Prandtl number, flow index, and surface amplitude in Non-Newtonian fluids are discussed. When possible, the comparison of the numerical results shows a good agreement. The amplitude is proportional to the amplitude of a wavy surface. The results demonstrate that the local heat flux along a wavy surface is smaller than that of a flat surface. The frequency of the wavy surface is half that of the local heat transfer rate. The amplitude of the local Nusselt number gradually decreases downstream where the natural convection boundary layer grows thick.
The natural convection in a horizontal enclosure heated from the bottom wall, cooled at the top wall, and having a square adiabatic body at its centered area was studied. Three different Prandtl numbers (0.01, 0.7 and 7) were considered for an effect of the Prandtl number on natural convection. A two-dimensional solution for unsteady natural convection was obtained, using Chebyshev spectral methodology for different Rayleigh numbers varying over the range of $10^4$ to $10^6$. It had been experimentally and numerically reported [1,2] that the heat transfer mode becomes oscillatory when Pr is out of a specific Pr band beyond the critical Ra. In this study, we reproduced this phenomenon numerically. The variation of time- and surface-averaged Nusselt numbers on the hot and cold walls for different Rayleigh numbers and Prandtl numbers was presented to show the overall heat transfer characteristics in the system. And also, the isotherms and streamline distributions were presented in detail to compare the physics related to their thermal behavior.
A full-sized model for the horizontally oriented metal cask containing 21 spent fuel assemblies has been considered to evaluate the internal natural convection behavior within a dry shield canister (DSC) filled with helium as a working fluid. A variety of two-dimensional CFD numerical investigations using a turbulent model have been performed to evaluate the heat transfer characteristics and the velocity distribution of natural convection inside the canister. The present numerical solutions for a range of Rayleigh number values ($3{\times}10^6{\sim}3{\times}10^7$) and a working fluid of air are further validated by comparing with the experimental data from previous work, and they agreed well with the experimental results. The predicted temperature field has indicated that the peak temperature is located in the second basket from the top along the vertical center line by effects of the natural convection. As the Rayleigh number increases, the convective heat transfer is dominant and the heat transfer due to the local circulation becomes stronger. The heat transfer characteristics show that the Nusselt numbers corresponding to $1.5{\times}10^6$ < Ra < $1.0{\times}10^7$ are proportional to 0.5 power of the Rayleigh number, while the Nusselt numbers for $1.0{\times}10^7$ < Ra < $8.0{\times}10^7$ are proportional to 0.27 power of the Rayleigh number. These results agreed well with the trends of the experimental data for Ra > $1.0{\times}10^7$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.6
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pp.435-442
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2009
Three-dimensional heat transfer characteristics for natural convection flows are numerically investigated in the doubly-inclined cubical-cavity according to the variation of a newly defined orientation angle �� of the hot wall surface from horizontal plane at moderate Rayleigh numbers. Numerical simulations of laminar flows are conducted in the range of Rayleigh numbers($10^4{\leq}Ra{\leq}10^5$) and $0^{\circ}{\leq}{\alpha}90^{circ}$ with a solution code(PowerCFD) employing unstructured cell-centered method. Comparisons of the average Nusselt number at the cold face are made with benchmark solutions and experimental results found in the literature. It is found that the average Nusselt number at the cold wall has a maximum value around the specified orientation ${\alpha}$ at each Rayleigh number. Special attention is also paid to three-dimensional thermal characteristics in natural convection according to new orientation angles at Ra��= $1{\times}10^5$, in order to investigate a new additional heat transfer characteristic found in the range of above Ra = $6{\times}10^4$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.4
s.247
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pp.337-342
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2006
Natural convection flows in a cubical air-filled cavity that has one pair of opposing faces isothermal at different temperatures, $T_h\;and\;T_c$, respectively, the remaining four faces having a linear variation from $T_c\;to\;T_h$ are numerically simulated by a solution code(PowerCFD) using unstructured cell-centered method. Special attention is paid to three-dimensional flow and thermal characteristics according to the variation of inclination angle $\theta$ of the isothermal faces from horizontal: namely $\theta=0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ},\;45^{\circ},\;50^{\circ},\;60^{\circ},\;75^{\circ}\;and\;90^{\circ}$. Comparisons of the average Nusselt number at the cold face are made with experimental benchmark results found in the literature. It is demonstrated that the average Nusselt number at the cold face has a maximum value around the inclination angle of $50^{\circ}$. It is also found that the code is capable of producing accurately the nature of the laminar convection in a cubical air-filled cavity with differentially heated walls.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.3
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pp.229-235
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2010
Optimum values of fin performance and dimensions for an annular fin with a rectangular profile and a pipe with variable inner radius are determined by using a variable separation method. The range of ambient convection characteristic number that results in optimum heat loss is listed. The optimum heat loss, corresponding optimum fin effectiveness, fin length, and fin height are presented as a function of the inner radius of the pipe, inner fluid convection characteristic number, fin volume, and ambient convection characteristic number. One of the results shows that the optimum heat loss, fin effectiveness and fin length increase linearly with the inner radius of the pipe when both the fin volume and fin-base radius are fixed.
This study presents an experiment investigation on natural convection heat transfer of air-cooling Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) in a enclosure system for unmanned aerial vehicles (UAVs). Considered are replacing fuel cell stack with Aluminum block for heat generating inside a enclosure chamber. The volume ratio of fuel cell stack and chamber for simulation to the actual size of aerial vehicle is 1 to 15. The parameters considered for experimental study are the environmental temperature range from $25^{\circ}C$ to $-60^{\circ}C$ and the block heat input of 10 W, 20 W and 30 W. Effect of the thermal conductivity of the block and power level on heat transfer in the chamber are investigated. Experimental results illustrate the temperature rise at various locations inside the chamber as dependent upon heat input of fuel cell stack and environmental temperature. From the results, dimensionless correlation in natural convection was proposed with Nusselt number and Rayleigh number for designing air-cooling PEMFC powered high altitude long endurance (HALE) UAV.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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