Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.13
no.2
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pp.88-95
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2001
Transition to chaotic convection is investigated for natural convection of a fluid with Pr=0.1 in a wide-gap horizontal annuls. The unsteady two-dimensional stream-function-vorticity equation is solved with finite difference method. As the Rayleigh number is increased, the steady 'downward flow' bifurcates to a time-periodic flow with a fundamental frequency, and afterwards a period-doubling bifurcation occurs. As the Rayleigh number is increased further, the chaotic flow regime is reached after a sequence of successive Hopf bifurcation to quasi-periodic and chaotic flow regimes. The route to chaos shows the Ruelle-Takens-Newhouse scenario. The flow of chaotic regime displays complex coalescence and separation of eddies in the side and lower region of the annulus.
This study investigates the natural convection of air(Pr=0.7) between two walls having a small- wave- number sinusoidal temperature distributions with a phase difference. The wave number and the phase difference of wall temperatures are k=0.5 and ㄱ/2, respectively. In the conduction-dominated regime at small Rayleigh number, two slightly inclined cells are formed over one wave length. At higher Rayleigh number, however, multicellular convection occurs in thermally unstable region. A spatial symmetry is intermittently broken in the transient period at the Rayleigh number near the critical value. The steady-state flows always satisfy the spatial symmetry. A steep increase of Nusselt number occurs near the Rayleigh number at which transition of flow pattern occurs.
Seong, Seon Yu;Choi, Changyoung;Ha, Man Yeong;Yoon, Hyun Sik
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.11
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pp.943-950
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2014
This paper presents a numerical study conducted for analyzing the effect of the Prandtl number on natural convection in a square enclosure with an inner circular cylinder in various positons. Several Prandtl numbers (Pr = 0.1, 0.7, and 7) and Rayleigh numbers (Ra = $10^3$, $10^4$ and $10^5$) are considered in the numerical study, along with different positions of the inner circular cylinder. The position of the inner circular cylinder is changed in steps of 0.1 in the range of -0.2 to 0.2. The effect of the Prandtl number on natural convection in the enclosure is analyzed on the basis of the thermal and flow fields and the distribution of the Nusselt number. Regardless of the position of the cylinder, when the Rayleigh number is $10^5$, the surface-averaged Nusselt number of the inner cylinder and the enclosure increases as the Prandtl number increases.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.13
no.1
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pp.51-57
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2009
In this study, a new topology optimization method is developed to design heat-dissipating structure with forced convection. To cool down electrical devices or mechanical machines, two types of convection models have been widely used: the natural convection model with a large Archimedes number and the forced convection with a small Archimedes number. In these days, lots of engineering application areas such as electrochemical conversion devices (Fuel cell) or rocket propulsion engines adopt the forced convection to dissipate the generated heat. Therefore, to our knowledge, it becomes an important issue to design flow channels inside which the generated heat dissipate. Thus, this paper studies optimal topological designs considering fluid-heat interactions. To consider the effect of the advection in the heat transfer problem, the incompressible Navier-stokes equation is solved. This paper numerically studies the coupling phenomena and presents optimal channel design considering forced convection.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.20
no.3
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pp.125-132
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2010
For typical governing dimensionless parameters of Ar = 5, Pr = 1.16, Le = 0.14, Pe = 3.57, Cv = 1.02, $Gr_s=2.65{\times}10^6$, the effects of thermo physical properties such as a molecular weight, a binary diffusivity coefficient, a partial pressure of component B on solutally buoyancy-driven convection (solutal Grashof number $Gr_s=2.65{\times}10^6$) are theoretically investigated for further understanding and insight into an essence of solutal convection occurring in the vapor phase during the physical vapor transport of a $Hg_2Cl_2-N_2$ system. The solutally buoyancy-driven convection is significantly affected by any significant disparity in the molecular weight of the crystal components and the impurity gas of nitrogen. The solutal convection in a vertical orientation is found to be more suppressed than a tenth reduction of gravitational accelerations in a horizontal orientation. For crystal growth parameters under consideration, the greater uniformity in the growth rate is obtained for either solutal convection mode in a vertical orientation or thermal convection mode in horizontal geometry. The growth rate is also found to be first order exponentially decayed for $10{\leq}P_B{\leq}200$ Torr.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.17
no.6
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pp.256-263
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2007
For $P_B=50Torr,\;P_T=5401Torr,\;T_S=450^{\circ}C,\;{\Delta}T=20K$, Ar=5, Pr=3.34, Le=0.01, Pe=4.16, Cv=1.05, adiabatic and linear thermal profiles at walls, the intensity of solutal convection (solutal Grashof number $Grs=7.86{\times}10^6$) is greater than that of thermal convection (thermal Grashof number $Grt=4.83{\times}10^5$) by one order of magnitude, which is based on the solutally buoyancy-driven convection due to the disparity in the molecular weights of the component A ($Hg_2Cl_2$) and B (He). With increasing the partial pressure of component B from 20 up to 800 Torr, the rate is decreased exponentially. It is also interesting that as the partial pressure of component B is increased by a factor of 2, the rate is approximately reduced by a half. For systems under consideration, the rate increases linearly and directly with the dimensionless Peclet number which reflects the intensity of condensation and sublimation at the crystal and source region. The convective transport decreases with lower g level and is changed to the diffusive mode at $0.1g_0$. In other words, for regions in which the g level is $0.1g_0$ or less, the diffusion-driven convection results in a parabolic velocity profile and a recirculating cell is not likely to occur. Therefore a gravitational acceleration level of less than $0.1g_0$ can be adequate to ensure purely diffusive transport.
A numerical study of a laminar natural convection of the CuO-water nanofluid in a square cavity using the Buongiorno's nonhomogeneous model is presented. All the governing equations including the volume fraction equation are discretized on a cell-centered, non-uniform grid employing the finite-volume method with a primitive variable formulation. Calculations are performed over a range of Rayleigh numbers and volume fractions of the nanopartile. From the computed results, it is shown that both the homogeneous and nonhomogeneous models predict the deterioration of the natural convection heat transfer well with an increase of the volume fraction of nanoparticle at the same Rayleigh number, which was observed in the previous experimental studies. It is also shown that the differences in the computed results of the average Nusselt number at the wall between the homogeneous and nonhomogeneous models are very small, and this indicates that the slip mechanism of the Brown diffusion and thermophoresis effects are negligible in the laminar natural convection of the nanofluid. The degradation of the heat transfer with an increase of the volume fraction of the nanoparticle in the natural convection of nanofluid is due to the increase of the viscosity and the decrease of the thermal expansion coefficient and the specific heat. It is clarified in the present study that the previous controversies between the numerical and experimental studies are owing to the different definitions of the Nusselt number.
Kim, Jong-Tae;Park, Rae-Joon;Kim, Hwan-Yeol;Hong, Seong-Wan;Song, Jin-Ho;Kim, Sang-Baik
Journal of computational fluids engineering
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v.16
no.3
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pp.66-74
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2011
A fluid in an enclosure can be heated by electric heating, chemical reaction, or fission heat. In order to remove the volumetric heat of the fluid, the walls surrounding the enclosure must be cooled. In this case, a natural convection occurs in the pool of the fluid, and it has a dominant role in heat transfer to the surrounding walls. It can augment the heat transfer rates tens to hundreds times larger than conductive heat transfer. The heat transfer by a natural convection in a regular shape such as a square cavity or semi-circular pool has been studied experimentally and numerically for many years. A pool of an inverted triangular shape with 10 degree inclined bottom walls has a good cooling performance because of enhanced boiling critical heat flux (CHF) compared to horizontal downward surface. The coolability of the pool is determined by comparing the thermal load from the pool and the maximum heat flux removable by cooling mechanism such as radiative or boiling heat transfer on the pool boundaries. In order to evaluate the pool coolability, it is important to correctly expect the thermal load by a natural convection heat transfer of the pool. In this study, turbulence models with modifications for buoyancy effect were validated for unsteady natural convections by volumetric heating. And natural convection in the triangular pool was evaluated by using the models.
A circular pin fin (CPF) and a half circular pin fin (HCPF) are by using the one-dimensional analytic method. For these two fins, 90% of the maximum heat loss, Corresponding fin length for 90% of the maximum heat loss, fin effectiveness and fin efficiency are compared as functions of convection characteristic number and fin radius. Also, the ratio of heat loss from the HCPF to that from CPF listed with variation of fin length when the fin volumes are the same. One of the results shows that the efficiency of a CPF is larger than that of a HCPF while the effectiveness of a CPF is smaller than that of a HCPF when convection characteristic number, fin length and fin radius are the same.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.27
no.2
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pp.80-88
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2017
In this research a time dependent thermal and solutal convection was computationally investigated for the physical vapor transport of the mixture of $Hg_2Cl_2-I_2$ system with for the convective regime from thermal Rayleigh number of $2.16{\times}10^6$ up to $1.7{\times}10^7$ with marching time to a steady state problem. With time marching, the convective cells are decreased for the thermal Rayleigh number of $2.16{\times}10^6$, and increased for the thermal Rayleigh number of $1.7{\times}10^7$. The convective flow structures are found to be essentially time independent on the horizontal orientation of the enclosure with respect to the gravity vector, and on the other hand, time dependent on the vertical orientation of the enclosure with respect to the gravity vector.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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