Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제21권1호
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pp.39-61
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2017
In this present article, we analyzed the heat and mass transfer characteristics of the nonlinear unsteady radiative MHD flow of a viscous, incompressible and electrically conducting fluid past an infinite vertical porous plate under the influence of Soret and chemical reaction effects. The effect of physical parameters are accounted for two distinct types of thermal boundary conditions namely prescribed uniform wall temperature thermal boundary condition and prescribed heat flux thermal boundary condition. Based on the flow nature, the dimensionless flow governing equations are resolved to harmonic and non harmonic parts. In particular skin friction coefficient, Nusselt number and Sherwood number are found to evolve into their steady state case in the large time limit. Parametric study of the solutions are conducted and discussed.
A mathematical model for the pyrolysis processes during unforced smoldering of cigarette was proposed in this study by analyzing the physical model of the smoldering cigarette (including the establishment of burning front between burning zone and pyrolysis zone, and analyzing the involvement of main factors such as pyrolysis of virgin tobacco, evaporation of water, and internal heat transport in the processes). Thermal conduction of cigarette paper and convective and radiative heat transfer at the outer surface were also considered via the thermal resistance law for the competitive heat transfer mechanisms. The governing partial differential equations were solved using an integral method. Model predictions of smoldering speed, or linear burn rate, as well as temperature and density profiles in the pyrolysis zone for different kinds of cigarettes were found to be close to the experimental data in the literature (Muramatsu, 1981). The model provides a relatively fast and efficient way to simulate the pyrolysis processes and offers a practical tool for exploring important parameters for a smoldering cigarette, such as blended tobacco composition, properties of cigarette paper, and heat flux from the burning zone to the pyrolysis zone.
In order to examine the heat transfer characteristic of a soil warming system and effects of soil warming on the greenhouse heating load, control experiments were performed in two greenhouses covered with double polyethylene film. One treated the soil warming with an electric heat wire and the other treated a control. Inside and outside air temperature, soil temperature and heat flux, and heating energy consumption were measured under the set point of heating temperature of $5,\;10,\;15,\;and\;20^{\circ}C$, respectively. Soil temperatures in a soil warming treatment were observed $4.1\;to\;4.9^{\circ}C$ higher than a control. Heating energy consumptions decreased by 14.6 to 30.8% in a soil warming treatment. As the set point of heating temperature became lower, the rate of decrease in the heating energy consumptions increased. The percentage of soil heat flux in total heating load was -49.4 to 24.4% and as the set point of heating temperature became higher, the percentage increased. When the set point of heating temperature was low in a soil warming treatment, the soil heat flux load was minus value and it had an effect on reducing the heating load. Soil heat flux loads showed in proportion to the air temperature difference between the inside and outside of greenhouse but they showed big difference according to the soil warming treatment. So new model for estimation of the soil heat flux load should be introduced. Convective heat transfer coefficients were in proportion to the 1/3 power of temperature difference between the soil surface and the inside air. They were $3.41\;to\;12.42\;W/m^{2}^{\circ}C$ in their temperature difference of $0\;to\;10^{\circ}C$. Radiative heat loss from soil surface in greenhouse was about 66 to 130% of total heating load. To cut the radiation loss by the use of thermal curtains must be able to contribute for the energy saving in greenhouse.
A conventional flame type gas combustion major portion of heat is transferred to the body by convection due to small radiant ability of the gas flame. Increasing the radiation component of heat flux in the combustion zone allows to augment the efficiency of gas utilization. Such effect can be reached by using radiative gas burner applied to metal mesh combustion. Basically the gas radiant burner consists of metallic mesh of high heat resisting steels. In terms of this regards, we have made the burner consisted of metal mesh and measured the radiative flame stability of natural gas/air mixture on the metal mesh burner. The pressure loss through the metal mesh is defined by pressure-velocity slope. The more increased the pressure-velocity slope of the metal mesh is, the wider the stable zone of radiave flame on the metal mesh burner is. And the augmentation of mixture flowrate through the metal mesh make narrow the permissible range of equivalence ratio.
시중에 유통되는 17종의 방염 도료를 소방법에서 요구하는 성능에 맞게 MDF에 방염처리하여 화재시 발생되는 복사열에 노출시켰을 경우 어느 정도의 화재지연 효과가 있는지를 연구하였다. 복사열의 크기는 콘히터를 이용하여 $10kW/m^2$에서 $30kW/m^2$까지 변화시키며 실험하였다. 착화시간과 착화형태를 측정하였으며 시료 표면의 온도를 측정하였다. 실험 결과 방염도료를 처리한 시료의 착화 임계열유속은 $10kW/m^2$ 였으며 $30kW/m^2$에서는 방염에 의한 착화지연효과가 없음을 확인할 수 있었다. 또한 시료 표면온도가 $400^{\circ}C$ 이상이 되어도 방염에 의한 화재 억재효과를 기대하기 어렵게 됨을 알 수 있었다.
A numerical study has been conducted on the combined radiation-natural convection heat transfer characteristics in a square cavity with a selectively transparent wall. The fluid in the cavity is assumed to be transparent to the thermal radiation. The effect of the wall emissivity is mainly considered in view of the temperature and flow fields. The comparison of the radiative heat flux and conductive heat flux variations along the isothermal wall is presented as well. The results show that the Nusselt number distribution is fairly uniform due to the com-pensative interaction of the radiation and convection heat transfer.
An inverse boundary analysis of surface radiation in an axisymmetric cylindrical enclosure has been conducted in this study. Net energy exchange method was used to calculate the radiative heat flux on each surface, and a hybrid genetic algorithm was adopted to minimize an objective function, which is expressed by sum of square errors between estimated and measured or desired heat fluxes on the design surface. We have examined the effects of the measurement error as well as the number of measurement points on the estimation accuracy. Furthermore, the effect of a variation in one boundary condition on the other boundary conditions was also investigated to get the same desired heat flux and temperature distribution on the design surface.
The volumetric solar receiver is a key element of solar power plants using air. The solar flux distribution inside the receiver should be a priori known for its heat transfer modeling. Previous works have not considered characteristics of the solar flux although they change with radiative properties of receiver materials and receiver geometries. A numerical method, which is based on the Monte Carlo ray-tracing method, was developed in the current work. The solar flux distributions inside multi-channeled volumetric solar receivers were calculated when light is concentrated at the KIER solar furnace. It turned out that 99 percentage of the concentrated solar energy is absorbed within 15 mm charmel length for the charmel radius smaller than 1.5 mm. If the concentrated light is assumed to be diffuse, the absorbed solar energy at the charmel entrance region is overpredicted while the light penetrates more deeply into the charmel. The developed method will help understand the solar flux when only a part of concentrated light is of interest. Furthermore, if the presented results are applied for heat transfer modeling of multi-channeled volumetric solar receivers, one could examine effects of receiver charmel properties and shape on air temperature profiles.
This study examines seasonal variability of the surface energy balance at the King Sejong Station, Antarctica, using measurements and estimates of the components related to the balance for the period of 1996 to 2004. Annual average of downward shortwave radiation at the surface is 81 $Wm^{-2}$ which is 37% of the extraterrestrial value, with the monthly maximum of 188 $Wm^{-2}$ in December and the minimum of 8 $Wm^{-2}$ in June. These values are relatively smaller than those at other stations in Antarctica, which can be attributed to higher cloudy weather conditions in Antarctic front zone. Surface albedo varies between ~0.3 in the austral summer season and ~0.6 in the winter season. As a result, the net shortwave radiation ranges from 117 $Wm^{-2}$ down to 3 $Wm^{-2}$ with annual averages of 43 $Wm^{-2}$. Annual average of the downward longwave radiation shows 278 $Wm^{-2}$, ranging from 263 $Wm^{-2}$ in August to 298 $Wm^{-2}$ in January. The downward longwave radiation is verified to be dependent strongly on the air temperature and specific humidity, accounting for 74% and 79% of the total variance in the longwave radiation, respectively. The net longwave radiation varies between 25 $Wm^{-2}$ and 40 $Wm^{-2}$ with the annual averages of 30 $Wm^{-2}$. Accordingly, the annual average energy balance is dominated by radiative warming of a positive net all-wave radiation from September to next March and radiative cooling of a negative net all-wave radiation from April to August. The net all-wave radiative energy gain and loss at the surface is mostly balanced by turbulent flux of sensible and latent heat. The soil heat flux is of negligible importance in the surface energy balance.
In this study, the Slab Ocean Model (SOM) is coupled with an Atmospheric General Circulation Model (AGCM) which developed in University of Kangnung based on the land surface model of Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme (BATS). The purposes of this study are to understand radiative role of clouds considering of the atmospheric feedback, and to compare the Clouds Radiative Forcing (CRF) come from the analyses using the clear-cloud sky method and CGCM. The new CGCM was integrated by using two sets of the clouds with radiative role (EXP-A) and without radiative role (EXP-B). Clouds in this two cases show the negative effect $-26.0\;Wm^{-2}$ of difference of radiation budget at top of atmosphere (TOA). The annual global means radiation budget of this simulation at TOA is larger than the estimations ($-17.0 Wm^{-2}$) came from Earth Radiation Budget Experiment (ERBE). The work showed the surface negative effect with $-18.6 Wm^{-2}$ in the two different simulations of CRF. Otherwise, sensible heat flux in the simulation shows a great contribution with positive forcing of $+24.4 Wm^{-2}$. It is found that cooling effect to the surface temperature due to radiative role of clouds is about $7.5^{\circ}C$. From this study it could make an accurate of the different CRF estimation considering either feedback of EXP-B or not EXP-A under clear-sky and cloud-sky conditions respectively at TOA. This result clearly shows its difference of CRF $-11.1 Wm^{-2}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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