Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제32권5호
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pp.684-690
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2008
In most engineering applications related with the heat conduction phenomena, a conventional Fourier heat conduction equation has been successfully applied and it has supplied quite reasonable results. However, it is well known that the Fourier heat conduction equation is failed in the application to the extremely small space and short time, in other words, a nano-scale system and a pico-second time. In this study, non-Fourier effect was evaluated in the heat conduction by considering the concept of a phase lag model. The results show the existence of a heat wave, which means that the heat is transferred with a finite speed while an infinite speed of heat transfer is assumed in the conventional Fourier heat conduction. In addition, the copper and the gold are tested to evaluate the phase lag time between the heat flux and the temperature gradient. The results show that the gold has the heat wave speed faster than that of the copper consistent with the prediction based on an actual experiment.
This investigation deals with a size-dependent coupled thermoelasticity analysis based on Green-Naghdi (GN) theory in nano scale using a new modified nonlocal model of heat conduction, which is based on the GN theory and nonlocal Eringen theory of elasticity. In the analysis based on the proposed model, the nonlocality is taken into account in both heat conduction and elasticity. The governing equations including the equations of motion and the energy balance equation are derived using the proposed model in a nano beam resonator. An analytical solution is proposed for the problem using the Laplace transform technique and Talbot technique for inversion to time domain. It is assumed that the nano beam is subjected to sinusoidal thermal shock loading, which is applied on the one of beam ends. The transient behaviors of fields' quantities such as lateral deflection and temperature are studied in detail. Also, the effects of small scale parameter on the dynamic behaviors of lateral deflection and temperature are obtained and assessed for the problem. The proposed GN-based model, analytical solution and data are verified and also compared with reported data obtained from GN coupled thermoelasticity analysis without considering the nonlocality in heat conduction in a nano beam.
This paper proposes an improved mathematical model for predicting the frosting behavior on a two-dimensional fin considering the heat conduction of heat exchanger fins under frosting conditions. The model consists of laminar flow equation in airflow, diffusion equation of water vapor for frost layer, and heat conduction equation in fin, and these are coupled together. In this model, the change in three-dimensional airside airflow caused by frost growth is accounted for. The fin surface temperature increased toward the fin tip due to the fin heat conduction. On the contrary, the temperature gradient in the airflow direction(x-dir.) is small throughout the entire fin. The frost thickness in the direction perpendicular to airflow, i.e. z-dir., decreases exponentially toward the fin tip due to non-uniform temperature distribution. The rate of decrease of heat transfer in the airflow direction is high compared to that in the z-direction due to more decrease in the sensible and latent heat rate in x-direction.
This paper presents a mathematical model for predicting the frost behavior formed on heat exchanger fins, considering fin heat conduction under frosting condition. The model is composed of air-side, the frost layer, and fin region, and they are coupled to the frost layer. The frost behavior is more accurately predicted with fin heat conduction considered (Case A) than with a constant fin surface temperature assumed (Case B). The results indicate that the frost thickness and heat transfer rate for Case B are over-predicted in most regions of the fin, as compared to those for Case A. Also, for Case A, the maximum frost thickness varies little with the fin length variations, and the extension of the fin length over 30 mm contributes insignificantly to heat transfer.
Longitudinal heat conduction is known to be an important factor in the design of a printed circuit heat exchanger(PCHE) for cryogenic applications. Parasitic heat conduction through the heat exchanger frame needs to be considered because it is known to decrease the effectiveness of the heat exchanger. In this paper, a conjugate heat transfer problem in a simple counter-flow PCHE is analyzed by a computational fluid dynamics simulation. The effect of longitudinal conduction in a straight channel is compared with the theoretical effectiveness-NTU relationship that assumes a "thin" heat exchanger frame. The calculation results suggest that the theoretical model is valid in the present calculation conditions where NTU is < 13.
고전적인 Fourier 열전도 방정식은 극저온하에서 또는 아주 짧은 시간동안의 가열시 타당성이 없는 것으로 고려되었다. 이러한 조건하에서는 열전도파의 성질이 지배적이기 때문에 , 수정된 Fourier 법칙에 근거한 쌍곡선형 열전도 방정식이 도입되었다. 열전도에 대한 Fourier 모델과 쌍곡선형 열전도모델이 적분변환법과 함께 Green 함수방법을 이용하여 분되었다. 한쪽 표면에서 주기적인 표면가열을 하는 유한한 평판의 열유속 분포 및 온도분포의 해를 제시하였고 각가의 모델로부터 얻어진 결과를 서로 비교검토하였다. 쌍곡선형 열전도 방정식에서 유도된 열전도파는 매개물을 통해 전파되어 맞은편쪽의 단열표면에서 가열 표면쪽으로 반사하였으나 , 고전적인 Fourier 모델에 의한 열은 열적교란이 매개물의 전체에 걸쳐서 전달된 후 즉각적으로 무한한 속도로 열전파가 발생함을 보여주었다.
This paper is to clarify a thermal physiological index that can account for the effects of local thermal environment. For this purpose two young female subjects exposing themselves to the above while sitting on a chair, sitting on the floor and lying on the floor were measured. These three representative postures accompanied the different contact surface areas, thereby the heat conduction rate between the floor and subject was quantitatively measured for each posture. It made the present study deal with the effect of heat conduction concerning the modified mean skin temperature and finally propose new weighting coefficients for the mean skin temperature calculation based on the Hardy & DuBois' formulas. In order to verify the proposed model, the experiment was carried out using a floor heating system. The comparison between the experimental result and prediction revealed that the proposed model should be about 10% more accurate than the conventional one in the case of lying on the floor which the heat conduction effect becomes important.
A modeling technique for the 2-way coupling of heat transfer and conduction currents has been performed to inspire a combined analytical simulation. The 3-D finite element method is used to solve steady conduction currents and heat generation in an aluminum film deposited on a silicon substrate. The model investigates the temperature in the device after the current is applied. The conservation equation of energy, the Maxwell equations for conduction currents, the unsteady state heat transfer equation and the Fourier's law for heat transfer are implemented as a bidirectionally coupled problem. It is found that the strongly coupled temperature and time dependent heat equations give a reasonable results and an explicit solving technique.
The objective of the present work is to examine the evaporation shape of deposited droplet on the hot surface. this paper performed the experiments as following conditions: (a) the surface temperature is within the range between $80^{\circ}C$ and $95^{\circ}C$ in the conduction and radiation, (b) droplet diameter is 3.0mm. The results are as follows; while droplet evaporates, droplet's radius is kept changelessly to $70\%$ evaporation time and droplet's shape is kept changelessly after. In case use Constant radius model, about $10\%$ is appearing high than value that time-averaged heat flux applies Inverse heat conduction.
Angular contact ball bearings are mainly used in the spindle, which requires high speed and stiffness. The heat generation is studied by experiments and simulations using a pair of angular contact ball bearings. The temperature variation of inner and outer races and the temperature increment distribution are measured by using thermocouples for the rotational speed, preload, viscosity of lubricant. The measured values from experiments are used to estimate the heat conduction rate. The method of oil-air lubrication is used for the experiment. The amount of conduction heat transfer to the test spindle and the convection heat transfer coefficients long the spindle are computed by using inverse method with temperature increment distribution. Total heat generation rate is estimated with the heat partition rate which is calculated from temperatures of inner and outer races. In addition, the empirical factor of oil-air lubrication method for Palmgren's heat generation model is suggested. The empirical friction coefficients, which are obtained from the experiments, depend on the preload condition, and can give us more accurate estimation of the heat generation in ball bearings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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