A numerical simulation on the heat transfer and flow field was carried out to improve the performance of the shell and tube heat exchanger. The steady incompressible 3-D Navier-Stokes solution is obtained with the actual operational condition and geometry of the heat exchanger. Based on this study, it is noted that the present geometry of the heat exchanger causes poor heat transfer since the air inside shell does not flow through the tube bundle, but around it. The enhancement of the heat transfer can be achieved by the variation of the design factor like the sealing strip located on the top/bottom and middle of the baffle, but it causes the increasement of the pressure drop. In this paper, the effects of the location and size of the sealing strips and flow rate through the heat exchanger on the heat transfer and pressure drop are studied.
Three-dimensional flow analysis and numerical optimization methods are presented for the design of an axial-flow fan. Steady, incompressible, three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are used as governing equations, and standard k- ${\varepsilon}$ turbulence model is chosen as a turbulence model. Governing equations are discretized using finite volume method. Steepest descent method, conjugate gradient method and BFGS method are compared to determine the searching directions. Golden section method and quadratic fit-sectioning method are tested for one dimensional search. Objective function is defined as a ratio of generation rate of the turbulent kinetic energy to pressure head. Two variables concerning sweep angle distribution are selected as the design variables. Performance of the final fan designed by the optimization was tested experimentally.
Spiral tube heat exchangers can find numerous applications in many engineering field. Flow in spital tubes is interest to engineers due to occurrence of secondary flow which enhances the cross-sectional mixing and the heat transfer rate. In the present study, an incompressible viscous 3-D flow in spiral tubes with rectangular cross-section of various torsion rate and Reynolds number is studied by using a finite volume method. It is shown that the axial velocity profile is affected by the secondary flow motion. Because there is some difference from correlation proposed by Hur et al., a lot of analysis and arrangement of experimental results are needed. This study showed the results of variation of hydrodynamic entry length for torsion and Re numbers.
The performance and noise characteristics of the design parameters of a cross-flow fan are investigated by computational methods. The incompressible Wavier-Stokes equations in moving coordinates are time-accurately solved for obtaining the pressure fluctuations due to the aerodynamic interactions between the impeller blades and the stabilizer, and sound pressure is then computed by the Ffowcs Williams-Hawkings equation. Design parameters of the cross-flow fan include blade setting angle, exit-diffusion angle, and stabilizer installation angle. Also, an optimization of the aforementioned design parameters has been peformed using the Taguchi method.
A Navier-stokes based finite volume method has been developed to analyze an incompressible, steady state, turbulent wall-jet flow. The standard k-e model, the RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ model and their nonlinear counterparts are adopted as a closure relationship. Comparison with the experimental data shows that a linear ${\kappa}-{\varepsilon}$ model performs satisfatorily for two-dimensional wall-jet flows. However, as the flow becomes three dimensional, the linear model fails to predict the spanwise jet growth accurately and the nonlinear model needs to be adopted to capture three-dimensional flow characteristics.
This work presents a numerical analysis of two-phase natural circulation flow in reactor cavity under external vessel cooling. Steady, incompressible, three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations for multiphase flows with zero equation turbulence model are solved to predict the shear key effect on the circulation rate of cooling water and the distribution of void fraction according to the different mass flow of inlet air. Results show that shear key has a positive effect on the circulation rate of cooling water and induce a local increase of void fraction below the shear key, but not remarkably.
As an automobile tends to be high grade, the needs for more luxurious interior and comfortable HVAC system are emerged. The defrosting ability is another major factor of the performances of HVAC system. The present work is to simulate the flow and the temperature field of cabin interior during the defrost mode. The three-dimensional incompressible Navier-Stokes equations and energy equation were solved on the multi blocked grid system by the iterative time marching method and AF scheme, respectively. The present computations were validated by the comparison of the temperature field of a driven cavity and velocity field of 1/5 model scale of an automobile. Generally good agreements were obtained. By the present computation, the complicated features of flow and temperature within the automotive cabin interior could be well understood.
Three-dimensional flow analysis and numerical optimization methods are presented for the design of an axial-flow fan. Steady, Incompressible, three-dimensional Reynolds-averaged Wavier-Stokes equations are used as governing equations, and standard k-$\epsilon$ turbulence model is chosen as a turbulence model. Governing equations are discretized using finite volume method. Steepest descent method, conjugate gradient method and BFGS method are compared to determine the searching directions. Golden section method and quadratic fit-sectioning method are tested for one dimensional search. Objective function is defined as a ratio of generation rate of the turbulent kinetic energy to pressure head. Sweep angle distributions are used as design variables.
The present work describes the prediction method for the unsteady flow field and the acoustic pressure field of a ducted axial fan. The prediction method is comprised of time-marching free-wake method, acoustic analogy, and the Helmholtz-Kirchhoff BEM. The predicted sound signal of a rotor is similar to the experiment one. We assume that the rotor rotates with a constant angular velocity and the flow field around the rotor is incompressible and inviscid. Then, a time-marching free-wake method is used to model the fan and to calculate the flow field. The force of each element on the blade is calculated by the unsteady Bernoulli equation. Lowson's method is used to predict the acoustic source. The newly developed Helmholtz-Kirchhoff BEM for thin body is used to calculate the sound field of the ducted fan. The ducted fan with 6 blades is analysed and the sound field around the duct is calculated.
The configuration model of a ballute type RAID(Ram Air Inflated Decelerator) for reducing the high speed and high revolution of smart submuntion is designed and tested. Three dimensional incompressible turbulent flow computational fluid dynamic analysis for the assembly of ballute and submunition is performed and pressure distribution, velocity, and drag around the assembly is calculated. Aerodynamic characteristics of the ballute assembly such as air flow inside and outside of the ballute and pressure distribution is clearly shown and it's drag coefficient is computed. Trajectory analysis of the submunition is performed and is in good agreement with the descending trajectory data of experimental model tested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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