The prediction of pressure drop for a droplet flow in a confined micro channel is presented using FE-FTM (Finite Element - Front Tracking Method). A single droplet is passing through 5:1:5 contraction - straight narrow channel - expansion flow domain. The pressure drop is investigated especially when the droplet flows in the straight narrow channel. We explore the effects of droplet size, capillary number (Ca), viscosity ratio ($\chi$) between droplet and medium, and fluid elasticity represented by the Oldroyd-B constitutive model on the excess pressure drop (${\Delta}p^+$) against single phase flow. The tightly fitted droplets in the narrow channel are mainly considered in the range of $0.001{\leq}Ca{\leq}1$ and $0.01{\leq}{\chi}{\leq}100$. In Newtonian droplet/Newtonian medium, two characteristic features are observed. First, an approximate relation ${\Delta}p^+{\sim}{\chi}$ observed for ${\chi}{\geq}1$. The excess pressure drop necessary for droplet flow is roughly proportional to $\chi$. Second, ${\Delta}p^+$ seems inversely proportional to Ca, which is represented as ${\Delta}p^+{\sim}Ca^m$ with negative m irrespective of $\chi$. In addition, we observe that the film thickness (${\delta}_f$) between droplet interface and channel wall decreases with decreasing Ca, showing ${\delta}_f{\sim}Ca^n$ Can with positive n independent of $\chi$. Consequently, the excess pressure drop (${\Delta}p^+$) is strongly dependent on the film thickness (${\delta}_f$). The droplets larger than the channel width show enhancement of ${\Delta}p^+$, whereas the smaller droplets show no significant change in ${\Delta}p^+$. Also, the droplet deformation in the narrow channel is affected by the flow history of the contraction flow at the entrance region, but rather surprisingly ${\Delta}p^+$ is not affected by this flow history. Instead, ${\Delta}p^+$ is more dependent on ${\delta}_f$ irrespective of the droplet shape. As for the effect of fluid elasticity, an increase in ${\delta}_f$ induced by the normal stress difference in viscoelastic medium results in a drastic reduction of ${\Delta}p^+$.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.23
no.3
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pp.277-285
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2007
Porous cordierite beads, of which the average pore size was $130{\mu}m$ and porosity was about 80%, were prepared by the foaming method and then their application as support of the $Pt/{\gamma}-alumina$ catalyst for $NO_x$, reduction with propene was investigated. The pressure drop of a 2 mm porous beads filter was less than that of a 1 mm porous beads filter and the difference in pressure drop between these two increased as the flow rate increased. The catalytic activity of $Pt/{\gamma}-alumina$ washcoated on the porous bead was tested with varying Pt loading $(0.005{\sim}0.1g/cm^3),\;C_3H_6/NO$ mole ratio $(0.5{\sim}8)$, space velocity $(20,000{\sim}30,000h^{-1})$ and oxygen contents (1 and 8). Pt loading of $0.04g/cm^3$ showed the highest activity for $NO_x$ conversion. The $De-NO_x$, test was operated in the temperature range of $200{\sim}400^{\circ}C$ and the best operation temperature of the catalytic filter is about $250^{\circ}C$. As the C/N ratio increased, increase of the $NO_x$, conversion might result from the increase in exhaustion of the amount of oxygen by the reduction of hydrocarbon. $NO_x$ conversion at $20,000h^{-1}$ of space velocity shows a maximum 34% higher conversion than that at $30,000h^{-1}$. On condition that $O_2$ was 5%, space velocity was $20,000h^{-1}$ and the C/N ratio was 8, the $NO_x$ conversion exhibited a maximum of 40% at $250^{\circ}C$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.6
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pp.427-434
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2009
A new surface shape of an internal cooling passage which largely reduces the pressure drop and enhances the surface heat transfer is proposed in the present study. The surface shape of the cooling passage is consisted of the concave dimple and the riblet inside the dimple which is protruded along the stream-wise direction. Direct Numerical Simulation (DNS) for the fully developed turbulent flow and thermal fields in the cooling passage is conducted. The numerical simulations for five different surface shapes are conducted at the Reynolds number of 2800 based on the mean bulk velocity and channel height and Prandtl number of 0.71. The driving pressure gradient is adjusted to keep a constant mass flow rate in the x direction. The thermoaerodynamic performance for five different cases used in the present study was assessed in terms of the drag, Nusselt number, Fanning friction factor, volume and area goodness factor in the cooling passage. The value of maximum ratio of drag reduction is -22.86 %, and the value of maximum ratio of Nusselt number augmentation is 7.05% when the riblet angle is $60^{\circ}$. The remarkable point is that the ratio of Nusselt number augmentation has the positive value for the surface shapes which have over $45^{\circ}$ of the riblet angle. The maximum volume and area goodness factors are obtained when the riblet angle is $60^{\circ}$.
A new surface shape of an internal cooling passage which largely reduces the pressure drop and enhances the surface heat transfer is proposed in the present study. The surface shape of the cooling passage is consisted of the concave dimple and the riblet inside the dimple which is protruded along the stream-wise direction. Direct Numerical Simulation (DNS) for the fully developed turbulent flow and thermal fields in the cooling passage is conducted. The Numerical simulations for the 5 different surface shapes are conducted at the Reynolds number of 2800 based on the mean bulk velocity and channel height and Prandtl number of 0.71. The driving pressure gradient is adjusted to keep a constant mass flow rate in the x direction. The thermo-aerodynamic performance for the 5 different cases used in the present study was assessed in terms of the drag, Nusselt number, Fanning friction factor, Volume and Area goodness factor in the cooling passage. The value of maximum ratio of drag reduction is -22.86 [%], and the value of maximum ratio of Nusselt number augmentation is 7.05 [%] when the riblet angle is $60^{\circ}$ (Case5). The remarkable point is that the ratio of Nusselt number augmentation has the positive value for the surface shapes which have over $45^{\circ}$ of the riblet angle. The maximum Volume and Area goodness factor are obtained when the riblet angle is $60^{\circ}$ (Case5).
Son, Jun;Cha, Jae Min;Wang, Zhen Huan;Kwon, Young Chul
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.1
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pp.591-596
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2016
Numerical analyses were performed on the heat flow characteristics of a heat transfer plate with six different shapes (basic, rectangle, triangle, wave type) to reduce the level of white smoke at a stack. In this study, to examine the heat transfer performance (heat transfer capacity, pressure drop, turbulence kinetic energy, heat transfer coefficient) on the heat transfer plates, simulations were conducted using the commercial computational fluid dynamics software, ANSYS CFX Ver.14 under uniform flow conditions. The thermal flow phenomenon in a channel with six heat transfer plates could be predicted adequately under uniform flow conditions. The heat transfer capacity, pressure drop, turbulence kinetic energy, and heat transfer coefficient were affected by the flow rate, aspect ratio and plate shape. These results provide guidelines to design an effective heat exchanger with the wave type to reduce white smoke.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.4
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pp.397-404
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2012
In this research, a numerical study was carried out on the mixing and flow characteristics of a vane-type static mixer for the reduction of $NO_x$ in the SCR systems from the diesel exhaust environments. The mixer was located at a distance of 57 times the pipe diameter away from the inlet. The analyses were performed by changing various parameters such as vane angles, blockage ratio, and location of the vane. Flow characteristics through the mixer were characterized by the uniformity index, swirl number, and pressure drop. The results show that uniformity index, pressure coefficient and swirl number are substantially influenced by the vane angle, blockage ratio and position of the vane of the mixer. In particular, the swirl number was increased when the vane was located near the pipe wall, or the vane angle was increased or scale was extended.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.6
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pp.44-50
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2003
Cooled EGR is an effective method for the reduction of NOx from a diesel engine and an EGR Cooler is the key component of the system. High efficiency, low pressure loss and compactness are required for the EGR Cooler. To meet these requirements, new geometric tube must be developed. In this paper, a full size EGR cooler test bench has been developed to validate the CFD flow and heat transfer models. Fluid temperature and pressure drop measurements are provided. fillet temperature is $200^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$, and flow rates vary from 0.008 kg/sec to 0.019 kg/sec. The gas flow and heat transfer in a single tube cooler have been studied using computational fluid dynamics(CFD). Analysis has been carried out in a single tube with a plain tube and six spirally enhanced tubes of varying pitch to depth ratio(p/e).
From the combination of cigarette papers, tipping papers and plug wrapping papers, whose physical properties and effect of cigarette smoke dilution were studied. The result obtained from this study are as follows. Envelop ventilation (Env-V'R) cigarettes used high porous cigarette papers showed less changes of unencapsulated pressure drop VPD) compared to tip ventilation (Tip-VR) cigarettes. Higher cigarette paper porosity increased, more decreased the WD of cigarette by Tip-VR. With cigarette length shortening, the UPD or VR changed a little in Tip-VR cigarette, while changed very much in Env-VR cigarettes. The ratio of nicotine/tar was higher in Env-VB cigarettes than in Tip-VR cigarettes, and CO/nicotine value of the former was lower than those of the later. The effect of Tip-VR cigarettes on the delivery reduction of tar and nicotine was more effective compared to Env-VR cigarettes and the reduction prefer Env-VR cigarettes to Tip-VR cigarettes in CO delivery. From the results investigated above it was noted that each defect appeared in the Tip-VR and the Env-VR cigarettes could be complemented by the combination of them.
The thermalhydraulic performance of a CANDU-6 reactor loaded with various CANFLEX fuel bundles is evaluated by the NUCIRC code, which is incorporated with recent models of pressure drop and critical heat flux (CHF) predictions based on high-pressure steam-water tests for the CANFLEX bundle as well as a 37-element bundle. The distributions of channel flow rate, channel exit quality, critical channel power (CCP), and critical power ratio (CPR) for the CANFLEX bundles (with natural or recycled uranium fuel) in the CANDU-6 reactor fuel channel are calculated by the code. The effects of axial and radial heat flux on CCP are evaluated by assuming that the recycled uranium fuel (CANFLEX-RU) has the same geometric data as the natural uranium fuel bundle (CANFLEX-NU), but a different power distribution due to different fuel composition and refueling scheme. In addition, the effects of pressure tube creep and bearing-pad height are examined by comparing various results of uncrept, and $3.3\%\;and\;5.1\%$ crept channels loaded with CANFLEX bundles with 1.4 mm or 1.7 mm high bearing-pads with those of the 37-element bundle. The distributions of the channel flow rate and CCP for the CANFLEX-NU or -RU bundle show a typical trend for a CANDU-6 reactor channel, and the CPRs are maintained above at least 1.444 (NU) or 1.455 (RU) in the uncrept channel. The enhanced CHF of the CANFLEX bundle (particularly with 1.7mm height bearing-pads) produces a higher thermal margin and considerably less sensitivity to CCP reduction due to the pressure tube creep than the 37-element bundle. The CCP enhancement due to the raised bearing-pads is estimated to be about $3\%\~5\%$ for the CANFLEX-NU and $2\%\~6\%$ for the CANFLEX-RU bundle, respectively.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.1
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pp.102-111
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2001
To describe the air flow characteristics within an air cleaner cover and mass air flow sensor (MAFS) entry region installed in a 3.0L engine air induction system, flow visualization, velocity and turbulence intensity measurements were taken in several view planes. A detailed knowledge of the interaction between the design parameters and the flow structures will enhance our understanding of the motions within the flow field and enable engineers to optimize the induction system and reduce the signal-to-noise ratio in the MAFS output. Emphasis is placed on the analysis of coherent motions and the controlling parameters which affect the air flow in the MAFS entrance region over a flow rate of 13-240 kg/hr. The high speed motion pictures illustrated that the air flow generated within the air cleaner cover under steady state condition is quite complex. In both axial and radial planes of the main passage it was found that the flow pattern is remarkably influenced by the air cleaner cover and main passage configuration. A comparison of the flow patterns and measurements in the original and modified air cleaner cover is presented. Measurements from the MAFS indicated an significant reduction in pressure drop and signal noise for the modified cover as compared with the original cover, over an air flow rate of 13-240 kg/hr.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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