The evaporation heat transfer coefficient and pressure drop of $CO_2$(R-744) in a horizontal tube was investigated experimentally. The main components of the experimental apparatus are a receiver, a variable-speed pump, a mass flow meter, a pre-heater and an evaporator(test section). The test section consists of a horizontal stainless steel tube of 4.57 mm inner diameter. The experiments were conducted at mass flux of $200{\sim}1000\;kg/m^2s$ saturation temperature of $0{\sim}20^{\circ}C$, and heat flux of $10{\sim}40\;kW/m^2$. The test results showed that the heat transfer coefficient of $CO_2$ has a greater effect on nucleate boiling more than convective boiling. Mass flux of $CO_2$ does not affect nucleate boiling too much. In comparison with test data and existing correlations, All of the existing correlations for the heat transfer coefficient underestimated the experimental data. However lung et al.'s correlation showed a good agreement with the experimental data. The evaporation pressure drop of $CO_2$ increases with increasing mass flux and decreasing saturation temperature. When comparison between the experimental pressure drop and existing correlations. Existing correlations failed to predict the evaporation pressure drop of $CO_2$.
Thermal energy performance of a brazed plate heat exchanger has been evaluated experimentally. The effects of plate pitch as well as chevron angle of a plate heat exchanger on the heat transfer rate and pressure drop have been investigated in the wide range as mass flow rates in detail. This problem is of particular interest in the design of a plate heat exchanger. The results obtained indicate that both heat transfer rate and pressure drop are increased as mass flow rate is increased, as expected. It is also found that the heat transfer rate is increased with a decrease in the plate pitch while the heat transfer is decreased with a decrease in the chevron angle. Friction factor correlations are suggested based on the measured pressure drop and effectiveness of plate heat exchangers are also compared.
Numerical analyses have been performed to obtain the absorption heat and mass transfer coefficients and the absorption mass flux from a falling film of LiBr solution. In the present study, the behavior of laminar-wavy falling film in the vertical absorber was studied analytically and experimentally. The change of absorption performance on mean film thickness, wave amplitude, wave celerity was analysed. The heat and mass transfer equations are solved simultaneously to give the temperature and concentration variations at the LiBr solution/refrigeration vapor interface and at the wall. Effects of uniform film, wavy film and film Reynolds number on the heat and mass transfer coefficients have been estimated. The analytical results of the uniform and wavy falling film in the bare tube was higher than experimental result for $Rd_{t}<100$. The absorption performance showed the maximum at the wavy film by the insert device(spring).
Molten iron with 2 mass % carbon content was decarbonized at 1823 K~1923 K by bubbling $Ar+O_2$ gas through a submerged nozzle. The reaction rate was significantly influenced by the oxygen partial pressure and the gas flow rate. Little evolution of CO gas was observed in the initial 5 seconds of the oxidation; however, this was followed by a period of high evolution rate of CO gas. The partial pressure of CO gas decreased with further progress of the decarbonization. The overall reaction is decomposed to two elementary reactions: the decarbonization and the dissolution rate of oxygen. The assumptions were made that these reactions are at equilibrium and that the reaction rates are controlled by mass transfer rates within and around the gas bubble. The time variations of carbon and oxygen contents in the melt and the CO partial pressure in the off-gas under various bubbling conditions were well explained by the mathematical model. Based on the present model, it was explained that the decarbonization rate of molten iron was controlled by gas-phase mass transfer at the first stage of reaction, but the rate controlling step was transferred to liquid-phase mass transfer from one third of reaction time.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.20
no.3
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pp.91-100
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1996
Experimental results for forced convection condensation of non-azeotropic refrigerant mixtures inside a horizontal smooth tube are presented. The mixtures of R-22+R-134a and pure refrigerants R-22 and R-134a are used as the test fluids and a double pipe heat exchanger of 7.5mm ID and 4800mm long inside tube is used. The range of parameters are 100-300kg/h of mass flow rate, 0-1.0 of quality, and 0, 33, 50, 67, and 100 weight percent of R-22 mass fraction in the mixtures. The heat flux, vapor pressure, vapor temperature and tube wall temperature were measured. Using the data, the local and average heat transfer coefficients for the condensation have been obtained. In the same given experimental conditions, the liquid heat transfer coefficients for NARMs were considerally lower than that of the pure refrigerant of R-22 and R-134a. Local heat transfer characteristics for NARMs were different from pure refrigerant R-22 and R-134a. In some regions, local heat transfer coefficients for NARMs were increased in the following order ; Bottom$\rightarrow$Top$\rightarrow$Side. The condensation heat transfer coefficients for NARMs increased with mass velocity, heat flux, and quality, but were considerably lower than that of pure refigerant R-22 and R-134a.
In advanced nuclear reactors, the passive containment cooling has been suggested to enhance the safety. The passive cooling has two mechanisms, air natural convection and oater cooling with evaporation. To confirm the coolability of PCCS, many works have been performed experimentally and numerically. In this study, the water cooling test was performed to obtain the evaporative heat transfer coefficients in a scaled don segment type PCCS facility which have same configuration with AP600 prototype containment. Air-steam mixture temperature and velocity, relative humidity and well heat flux are measured. The local steam mass flow rates through the vertical plate part of the facility are calculated from the measured data to obtain evaporative heat transfer coefficients. The measured evaporative heat transfer coefficients are compared with an analytical model which use a mass transfer coefficients. From the comparison, the predicted coefficients show good agreement with experimental data however, some discrepancies exist when the effect of wave motion is not considered. Finally, a new correlation on evaporative heat transfer coefficients are developed using the experimental values.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1994.04a
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pp.51-52
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1994
High permeability, selectivity and stability are the basic properties also required for membrane gas separations. The $CO_2$ separation by liquid membranes has been developed as a new technique to improve the permeability and selectivity of polymeric membranes. Sirkar et al.(1) have atlempted the hollow-fiber contained liquid membrane technique under four different operational modes, and permeation models have been proposed for all modes. Compared to a conventional liquid membrane, the diffusional resistance decreased by the work of Teramoto et al.(2), who referred to a moving liquid membrane. Recently, Shelekhin and Beckman (3) considered the possibility of combining absorption and membrane separation processes in one integrated system called a membrane absorber. Their analysis could be predicted effectively the performance of flat sheet membrane, however, there are restrictions for considering a flow effect. The gas absorption rate is determined by both an interfacial area and a mass transfer coefficient. It can be easily understood that although the mass transfer coefficients in hollow fiber modules are smaller than in conventional contactors, the substantial increase of the interfacial area can result in a more efficient absorber (4). In order to predict a performance in the general system of hollow-fiber membrane absorber, a gas-liquid mass transfor should be investigated inevitably. The influence of liquid velocity on both a mass transfer and a performance will be described, and then compared with experimental results. A present study is attempted to provide the fundamentals for understanding aspects of promising a hollow-fiber membrane absorber.
Shu Soma;Masahiro Ishigaki;Satoshi Abe;Yasuteru Sibamoto
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2524-2533
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2024
When analyzing containment thermal-hydraulics, computational fluid dynamics (CFD) is a powerful tool because multi-dimensional and local analysis is required for some accident scenarios. According to the previous study, neglecting steam bulk condensation in the CFD analysis leads to a significant error in boundary layer profiles. Validating the condensation model requires the experimental data near the condensing surface, however, available boundary layer data is quite limited. It is also important to confirm whether the heat and mass transfer analogy (HMTA) is still valid in the presence of bulk condensation. In this study, the boundary layer measurements on the vertical condensing surface in the presence of air were performed with the rectangular channel facility WINCS, which was designed to measure the velocity, temperature, and concentration boundary layers. We set the laminar flow condition and varied the Richardson number (1.0-23) and the steam volume fraction (0.35-0.57). The experimental results were used to validate CFD analysis and HMTA models. For the former, we implemented a bulk condensation model assuming local thermal equilibrium into the CFD code and confirmed its validity. For the latter, we validated the HMTA-based correlations, confirming that the mixed convection correlation reasonably predicted the sum of wall and bulk condensation rates.
In order to investigate the variation on a heat transfer coefficient during evaporation of $CO_2$, basic experiment on the evaporation heat transfer characteristics in a horizontal micro-channel tube was performed. Hydraulic diameters of micro-channels were 0.68 and 1.46 mm. The experiment apparatus consisted of a test section, a DC power supply, a heater, a chiller, a mass flow meter, a pump and a measurement system. Experiments were conducted for various mass fluxes of 300 to 800 kg/$m^2s$, heat fluxes of 10 to 40 kW/$m^2$ and saturation temperatures of -5 to 5$^{\circ}C$. With the increase heat flux, the evaporation heat transfer coefficient increased. And the significantly change of the heat transfer coefficient was observed at any heat flux and mass flux. As the saturation temperature increased and the hydraulic diameter decreased, the heat transfer coefficient increased.
Numerical investigations are carried out to study the mass flux and temperature distribution in a calandria using a 3-D RANS code. The computations made for simulations of flow and convective heat transfer with near-to working conditions. The work provides an estimate of the safe working limits of the heat dissipation by virtue of prediction of the 'hot spots' in the calandria. The work assumes significance for preliminary designs of the reactors and for detailed critical parametric analysis that would be otherwise more expensive.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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