A numerical study on oscillatory thermocapillary flow in half-zone has performed to understand the effect of axial rotation. 2d unsteady code is developed to observe the onset of oscillation. 2cs Silicone oil with Prandtl number of 26.5 is used as a working fluid. The critical temperature difference at onset of oscillation is investigated under the different aspect ratios and rotation modes. It is shown that the onset of oscillation is delayed when aspect ratio reduces and rotating speed increases. The oscillatory flow is strongly reduced under top rotation and co-rotation modes, while it is augmented under bottom rotation and counter-rotation modes. It is thought that interaction between return flow and bottom wall is important to explain the oscillatory flow.
The natural convection in a horizontal enclosure heated from the bottom wall, cooled at the top wall, and having a square adiabatic body in the center is studied. Three different Prandtl numbers (0.01, 0.7 and 7) are considered for the investigation of the effect of the Prandtl number on natural convection. Adiabatic boundary conditions are employed for the side walls. A two-dimensional solution for unsteady natural convection is obtained, using an accurate and efficient Chebyshev spectral methodology for different Rayleigh numbers varying over the range of $10_3$ to $10_6$. It had been experimentally reported 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. It was found that when Ra=$10_6$, only the case for intermediate Pr (=0.7) reached a non-changing steady state and the low and high Pr number cases (Pr=0.01 and 7) showed a periodically oscillatory fashion hydrodynamically and thermally. The variation of time- and surface-averaged Nusselt numbers on the hot and cold walls for different Rayleigh numbers and Prandtl numbers are presented to show the overall heat transfer characteristics in the system. Further, the isotherms and streamline distributions are presented in detail to compare the physics related to their thermal behavior.
A numerical study of unsteady mixed convection in a cavity with high viscous fluid is presented. Finite volume method was employed for the discretization and PISO algorithm was used for calculating pressure term. The parameters governing the problem are the Rayleigh number ($10^3\;{\leq}\;Ra\;{\leq}\;10^5$), the Reynolds number (0 < Re $\leq$ 1), and the aspect ratio (0.5 $\leq$ AR $\leq$ 2). The fluid used is silicon oil, a high prandtl number fluid, Pr = 909.1. The results show velocity vectors and temperature distributions. It is found that the periodic flows in a cavity are observed at very low Reynolds numbers, and the period of periodic flow decreases with increasing Reynolds and Rayleigh numbers, and increases with increasing aspect ratio. Also, the Reynolds number range of periodic flow increases with increasing Rayleigh numbers and aspect ratio.
Oscillartory thermocapillary flow of high Prandtl number fluids in the half-zone configuration is investigated. Based on experimental observations, one oscillation cycle consists of an active period where the surface flow is strong and the hot corner region is extended and a slow period where the opposite occurs. It is found that during oscillations the deformation of free surface plays an important role and a surface deformation parameter S correlates the experimental data well on the onset of oscillations. A scaling analysis is performed to analyze the basic steady flow in the parametric ranges of previous ground-based experiments and shows that the flow is viscous dominant and is mainly driven in the hot corner. The predicted scaling laws agree well with the numerical results. It is postulated that the oscillations are caused by a time lag between the surface and return flows. A deformation parameter S represents the response time of the return flow to the surface flow.
TMixed convective flow in a bottom heated and top cooled rectangular channel can be significantly affected by the channel aspect ratio, Prandtl number, Reynolds number, Rayleigh number and angle of inclination. In such a mixed convection, the flow pattern plays an important role in various technological processes. In this study, a numerical investigation is carried out to explore mixed convection in a three-dimensional rectangular channel with bottom heated and top cooled uniformly. The three-dimensional governing equations are discretized using the finite volume method. In the range of low Reynolds number($0{\leq}Re{\leq}9.6{\times}10^{-2}$), the effects of the aspect ratio($2{\leq}AR{\leq}12$) and Gr/Re are presented and discussed. The longitudinal roll number in the channel is increased with increasing aspect ratio, and the roll number induced, regardless of the aspect ratio number, is even in the range of aspect ratios between 2 and 12, New vortex flow structure containing inclined longitudinal rolls is found, which is affected by aspect ratio and Reynolds number. The ratio Gr/Re is used to check the relative magnitudes of forced and natural convection in the mixed convective flow of high viscous fluid.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.9
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pp.698-706
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2006
Experiment and numerical calculation have been peformed to investigate mixed convection heat transfer between inclined parallel plates. Particle image velocimetry (PIV) with thermo-sensitive liquid crystal (TLC) tracers is used for visualizing and analysis. This method allows simultaneous measurement of velocity and temperature fields at a given instant of time. Quantitative data of the temperature and velocity are obtained by applying the color-image processing to a visualized image, and neural network is applied to the color-to-temperature calibration. The governing equations are discretized using the finite volume method. The results are presented for the Reynolds number ranges from 0.004 to 0.062, the angle of inclination, ${\Theta}$, from 0 to 45 degree and Prandtl number of the high viscosity fluid is 909. The results show velocity, temperature and mean Nusselt numbers distributions. It is found that the periodic flow of mixed convection between inclined parallel plates is shown at $0^{\circ}{\leq}{\Theta}<30^{\circ}$, Re<0.062, and the flow pattern can be classified into three patterns which depend on Reynolds number and the angle of inclination. The minimum Nusselt numbers occur at Re=0.05 regardless of the angle of inclination.
In this paper, the interface stability not to occur mixing and entrainment between the adjacent layers has been studied in the case of the selective withdrawal of a stratum and the injection in stratified fluid formed by the density difference in a small solar pond. There are stability parameter, Richardson number, Rayleigh number and Froude number as the parameters governing stability in order to measure the interface stability on the stratified fluid. The model which could measure the interface stability on the stratified fluid was the small solar pond composed by 1 meters wide, 2 meters high, and 5 meters long. In order to measure the interface stability on the stratified fluid at the inlet port, the middle section and the outlet port, Richardson number, Rayleigh number, and Froude number involved in the parameters governing the stability were calculated by means of the data resulted from the test of the study on hydrodynamic stability between the convective and nonconvective layers in that solar pond. Richardson number written by the ratio of inertia force to buoyancy force can be used in order to measure the stability on the stratified fluid related to the buoyancy force generated from the injection of fluid. Rayleigh number written by the product of Grashof number by Prandtl number can be used in order to measure the stability of the fluid related to the heat flux and diffusivity of viscosity. Froude number written by the ratio of gravity force to inertia force can be used in order to measure the stability of the nonhomogeneous fluid related to the density difference. As the result of calculating the parameters governing stability, the interface stability on the stratified fluid couldn't be identified below the 70cm height from the bottom of the solar pond, but it could be identified above the 70cm height from it at the inlet port, the middle section and the outlet port. When compared with such the three parameters as Richardson number, Rayleigh number, Froude number, the calculated result was in accord with them at inlet port, the middle section and the outlet port. Henceforth, it is learned that even though any of the three parameters is used for the purpose of measuring the interface stability on the stratified fluid, the result will be the same with them. It is concluded that all the use of Richardson number, Rayleigh number, and Froude number, is desirable and infallible to measure the interface stability on the stratified fluid in the case of considering the exist of the fluid flow and the heat flux like the model of the solar pond.
Seo, Young Min;Choi, Changyoung;Ha, Man Yeong;Park, Sang Hu
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.12
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pp.975-982
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2014
This study evaluates the effect of a heated circular cylinder's size on three-dimensional natural convection in a cubical enclosure. The Rayleigh number was varied between $10^3$ and $10^5$, and the Prandtl number was maintained at 0.7. In this study, the radius of the circular cylinder was changed by 0.1 L within a range of 0.1-0.4 L. The thermal and fluid flow characteristics were regarded to be independent of time in the range of the Rayleigh number and cylinder radius considered in this study. The surface-averaged Nusselt numbers of the cylinder and the enclosure were found to increase with the increase in the radius of the cylinder. The effect of the cylinder's size on natural convection in the enclosure was analyzed across the thermal and flow fields, and the distributions of the Nusselt numbers.
Park, Rae-Joon;Choi, Sang-Min;Kim, Sang-Baik;Kim, Hee-Dong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.2
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pp.226-233
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1999
An experimental study has been performed on natural convection heat transfer with a rapid crust formation in the molten metal pool of a low Prandtl number fluid. Two types of steady state tests, a low and high geometric aspect ratio cases in the molten metal pool, were performed. The crust thickness by solidification was measured 88 a function of boundary surface temperatures. The experimental results on the relationship between the Nusselt number and Rayleigh number In the molten metal pool with a crust formation were compared with existing correlations. The experimental study has shown that the bottom surface temperature of the molten metal layer, in all experiments. is the major influential parameter in the crust formation, duo to the natural convection flow. The Nusselt number of the case without a crust formation in the molten metal pool is greater than that of the case with the crust formation at the same Rayleigh number. The present experimental results on the relationship between the Nusselt number and Rayleigh number In the molten metal pool match well with Globe and Dropkin's correlation. From the experimental results, a now correlation between the Nusslet number and Rayleigh number in the molten metal pool with the crust formation was developed as $Nu=0.0923(Ra)^{0.302}$ ($2{\times}10^4< Ra<2{\times}10^7$).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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