A level-set (LS) method is presented for computation of boiling phenomena which involve liquid-vapor interfaces that evolve, merge and break up in time, the flow and temperature fields influenced by the interfacial motion, and the microlayer that forms between the solid and the vapor phase near the wall. The LS formulation for tracking the phase interfaces is modified to include the effects of phase change on the liquid-vapor interface and contact angle on the liquid-vapor-solid interline. The LS method can calculate an interface curvature accurately by using a smooth distance function. Also, it is straightforward to implement for two-phase flows in complex geometries. The numerical method is applied for analysis of nucleate boiling on a horizontal surface and film boiling on a horizontal cylinder.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.46
no.6
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pp.283-289
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2013
The experimental study for the temperature uniformity on the wafer using liquid-vapor phase heat transfer mechanism is performed. For the experiment, the heater plate which is consist of stainless steel container, working fluid and electrical heater is designed, manufactured and tested at the range of 600 to $850^{\circ}C$. The results showed that the phase change type heater plate was much more uniform and stable temperature on the heater plate surface and wafer than the uniform heat flux type heater plate at the atmospheric condition. Also, the results of 300 mm outer diameter of heater plate showed that the same temperature uniformity compared with 230 mm.
This paper presents a mathematical model and simulation of the micro-actuator based on thermally induced liquid-vapor phase-change in a partially-filled closed cavity. The volume expansion by liquid-vapor Phase change can generate considerable forces and displacement $({\sim}50{\mu}m)$ required for commercial use. For optimum operation involving many cycles within the closed chamber, active(thermoelectric) heating and cooling is used. The optimization of the system is conducted according to the parameters such as input power and response time. The optimized performance of micro-actuator is reasonable compared to other actuators.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.3
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pp.141-146
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2007
In this study, the effects of change in ambient gas viscosity on spray structure have been investigated in the high temperature and pressure field. To analyze the structure of evaporative diesel spray is important in speculation of mixture formation process. Emissions of diesel engines can be reduced by the control of the mixture formation process. Therefore, this study examines the evaporating spray structure in the constant volume chamber. The viscosity of ambient gas was selected as the experimental parameter, is changed from 21.7 mPa s to 32.1 mPa s by changing in ambient gas temperature. In order to obtain images of the liquid and vapor-phase of injected spray, exciplex fluorescence method was used in this study. The liquid and vapor-phase images were taken with 35mm still camera and CCD camera, respectively. Consequentially, it could be confirmed that the distribution of vapor concentration is more uniform in the case of the ambient gas with high viscosity than in that of the ambient gas with low viscosity.
This paper presents a numerical model of multi phase flow of the mixtures of molten material-liquid-vapor, particularly in thermal nonequilibrium. It is a two-dimensional, transient, three-fluid model in Eulerian coordinates. The equations are solved numerically using the finite difference method that implicitly couples the rates of phase changes, momentum, and energy exchange to determine the pressure, density, and velocity fields. To examine the model's ability to predict an experimental data, calculations have been performed for tests of pouring hot particles and molten material into a water pool. The predictions show good agreement with the experimental data. It appears, however, that the interfacial heat transfer and breakup of molten material need improved models that can be applied to such high temperature, high pressure, multi phase flow conditions.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.20
no.3
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pp.11-18
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1996
Liquid droplets of water and argon surrounded by their vapor have been simulated by the milecular dynamics method. To explore the surface phenomena of clusters, each molecule is classified into 'liquid', 'surface', or 'vapor' with respect to the number of neighbor molecules. The contribution of a 'surface' molecule of the water cluster to the far infrared spectrum is almist the same as that of the 'liquid' molecule. Hence, the liquid-vapor interface is viewed as geometrically and temporally varying boundary of 'liquid' molecules with only a single layer of 'surface' molecules that might have different characteristics from the 'liquid' molecules. The time scale of the 'phase change' of each molecule is estimated for the argon cluster by observing the instantancous kinetic and potential energies of each molecule. To compare the feature of clusters with macroscopic droplets, the temperature dependence of the surface tension of the argon cluster is estimated.
The effects of change in injection pressure on spray structure in high temperature and pressure field have been investigated. The analysis of liquid and vapor phases of injected fuel is important for emissions control of diesel engines. Therefore, this work examines the evaporating spray structure using a constant volume vessel. The injection pressure is selected as the experimental parameter, is changed from 72MPa to 112MPa by using a common rail injection system(ECD-U2). The images of liquid and vapor phase in the evaporating free diesel spray are simultaneously taken by exciplex fluorescence method. As a result, it can be confirmed that the distribution of vapor concentration is more uniform in the case of the high injection than in that of the low injection pressure.
A mathematical model of vapor explosion propagation is presented. The model predict two-dimensional, transient flow fields and energies of the four fluid phases of melt drop, fragmented debris, liquid coolant and vapor coolant by solving a set of governing equations with the relevant constitutive relations. These relations include melt fragmentation, coolant-phase-change, and heat and momentum exchange models. To allow thermodynamic non-equilibrium between the coolant liquid and vapor, an equation of state for oater is uniquely formulated. A multiphase code, TRACER, has been developed based on this mathematical formulation. A set of base calculations for tin/water explosions show that the model predicts the explosion propagation speed and peak pressure in a reasonable degree although the quantitative agreement relies strongly on the parameters in the constitutive relations. A set of calculations for sensitivity studies on these parameters have identified the important initial conditions and relations. These are melt fragmentation rate, momentum exchange function, heat transfer function and coolant phase change model as well as local vapor fractions and fuel fractions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.6
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pp.454-460
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2009
To analyze the mixture formation process of evaporating diesel spray is important for emissions reduction in actual engines. Then the effects of change in density of ambient gas on spray structure in high temperature and pressure field have been investigated in this study. The ambient gas density was changed from ${\rho}_a=5.0kg/m^3$ to ${\rho}_a=12.3kg/m^3$ with CVC(Constant Volume Chamber). Also, simulation study by modified KIVA-II code was conducted and compared with experimental results. The ambient temperature and injection pressure are kept as 700K and 72MPa, respectively. The images of liquid and vapor phase in the evaporating free spray were simultaneously taken by exciplex fluorescence method. As experimental results, with increasing ambient gas density, the tip penetration of the evaporating free spray decreases due to the increase in the drag force from ambient gas. The spatial structure of a diesel spray can be verified as 2-regions consisted of liquid with momentum decrease and vapor with large-scale vortex. The calculated results obtained by modified KIVA-II code show good agreements with experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.6
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pp.446-454
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2008
The purpose of this paper is to analyze two-phase flows of the hydrogen recirculation system. Two-phase flow modeling is one of the great challenges in the classical sciences. As with most problems in engineering, the interest in two-phase flow is due to its extreme importance in various industrial applications. In hydrogen recirculation systems of fuel cell, the changes in pressure and temperature affect the phase change of mixture. Therefore, two-phase flow analysis of the hydrogen recirculation system is very important. Two-phase computation fluid dynamics (CFD) calculations, using a commercial CFD package FLUENT 6.2, were employed to calculate the gas-liquid flow. A two-phase flow calculation was conducted to solve continuity, momentum, energy equation for each phase. Then, the mass transfer between water vapor and liquid water was calculated. Through an experiment to measure production of liquid water with change of pressure, the analysis model was verified. The predictions of rate of condensed liquid water with change of pressure were within an average error of about 5%. A comparison of experimental and computed data was found to be in good agreement. The variations of performance, properties, mass fraction and two-phase flow characteristic of mixture with resepct to the fuel cell power were investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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