A mushy layer of dendritic crystals is often formed during solidification of a binary mixture. Natural convection in the mushy layer is analyzed by using the propagation theory we have developed. The critical Rayleigh numbers for the onset of convection are evaluated numerically using the self-similar stability equations based on Emms and Fowler's model. The present results approach those from quasi-static stability analysis in the limit of a large superheat or a small growth rate of the mushy layer.
A numerical simulation is carried out mixed convection in horizontal channel with a heat source from below of rectangular cavity. Finite volume method was employed for the discretization and PISO algorithm was used for calculating pressure term. The parameters governing the problem are the Reynolds number ($10^{-2}{\leq}Re{\leq}50$), the Rayleigh number ($10^3{\leq}Ra{\leq}2.06{\times}10^5$), the Prandtl number ($0.72{\leq}Pr{\leq}909$), the aspect ratio ($0.5{\leq}AR=W/H{\leq}2$) and the angle of inclination ($0^{\circ}{\theta}60^{\circ}$). Mean Nusselt number distributions were obtained and effect of Reynolds number, Rayleigh number and Prandtl number on mixed convection in the horizontal channel with rectangular cavity were investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.12
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pp.1879-1886
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2001
n a enclosed square cavity occurred B nard convection, the flow phenomena in the surrounding of the bubble attached at the upper cooled solid wall were studied by using a thermo-sensitive liquid-crystal tracer and image processing techniques. This method offers the advantage of measuring the entire flow field in a selected plane within the fluid at a given instant of time in contrast to point by point method like T/C. Quantitative data of the temperature were obtained by applying a colour-image-processing to the visualized image. As the flowing in a bubble, In a bubble size appears the flow phenomena which the direction of flow is reversed in the entire temperature and flow field. The observed phenomena are described with regard to the thermocapillary convection.
This study investigates the bifurcation sequence to chaos in a horizontal annulus with a constant heat flux wall. After the first Hopf bifurcation from a steady to a simple time-periodic flow with a fundamental frequency, quasi-periodic flows with two or three incommensurable frequencies appear. A reverse transition from a quasi-periodic flow to a simple periodic flow is observed with increase of Rayleigh number. And finally, chaotic convection is established after appearance of three incommensurable frequencies at a high Rayleigh number. Simple periodic flows exist between quasi periodic flows. The transition route to chaos of the present simulations follows the Ruelle-Takens route.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.13
no.2
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pp.88-95
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2001
Transition to chaotic convection is investigated for natural convection of a fluid with Pr=0.1 in a wide-gap horizontal annuls. The unsteady two-dimensional stream-function-vorticity equation is solved with finite difference method. As the Rayleigh number is increased, the steady 'downward flow' bifurcates to a time-periodic flow with a fundamental frequency, and afterwards a period-doubling bifurcation occurs. As the Rayleigh number is increased further, the chaotic flow regime is reached after a sequence of successive Hopf bifurcation to quasi-periodic and chaotic flow regimes. The route to chaos shows the Ruelle-Takens-Newhouse scenario. The flow of chaotic regime displays complex coalescence and separation of eddies in the side and lower region of the annulus.
Kim, Tae-Guk;Min, Dong-Ho;Han, Gyu-Ik;Son, Bong-Se;Seo, Seok-Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.2
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pp.235-251
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1997
A numerical simulation on the combined natural convection and radiation is carried out in a partially open rectangular enclosure with a heater by using the finite volume and the S-8 discrete ordinate methods. The fluid inside the enclosure is considered as an absorbing, emitting and anisotropic scattering media. The heater causes a natural circulation of the fluid (10$^{5}$$^{9}$ ) which results in significant in-flow of the ambient cold fluid through the partially open wall. Comparing the results of pure convection with those of the combined convection- radiation, the combined heat transfer results with small Planck numbers (P$_{l}$ <1.0) show much stronger circulation than those of the pure convection, and the fluid circulation is more evident for larger Rayleigh numbers. When one of three radiative properties - the medium absorption coefficient, the wall reflectivity, and the scattering albedo - increases, the fluid circulation and the heat transfer in the enclosure are reduced. The location of the heater and the open ratio of the right wall are also shown to affect the fluid circulation and heat transfer significantly. However, the anisotropy of the scattering phase function is shown to be unimportant for the fluid circulation and heat transfer within the enclosure considered in this study.
Jeong, Seung Jae;Yoon, Hyun Sik;Choi, Changyoung;Ha, Man Young
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.12
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pp.1113-1120
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2013
A numerical analysis of the effect of the position of a circular cylinder in a $45^{\circ}$ tilted enclosure on natural convection in the enclosure is presented. The location of the cylinder is changed between -0.4 and 0.4. The Rayleigh number is varied between $10^3$ and $10^5$. The effect of the location of the cylinder on natural convection in the enclosure is analyzed by the isothermal line, stream line, and surface-averaged Nusselt number. The flow and heat transfer characteristics are independent of time in the range of the Rayleigh number and cylinder location that is considered in this study. The surface-averaged Nusselt number of the cylinder and enclosure increases as the cylinder gets closer to the wall of the enclosure.
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 $Nu=0.0923(Ra)^{0.302}$ ($2{\times}10^4< Ra<2{\times}10^7$).
Seong, Seon Yu;Choi, Changyoung;Ha, Man Yeong;Yoon, Hyun Sik
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.11
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pp.943-950
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2014
This paper presents a numerical study conducted for analyzing the effect of the Prandtl number on natural convection in a square enclosure with an inner circular cylinder in various positons. Several Prandtl numbers (Pr = 0.1, 0.7, and 7) and Rayleigh numbers (Ra = $10^3$, $10^4$ and $10^5$) are considered in the numerical study, along with different positions of the inner circular cylinder. The position of the inner circular cylinder is changed in steps of 0.1 in the range of -0.2 to 0.2. The effect of the Prandtl number on natural convection in the enclosure is analyzed on the basis of the thermal and flow fields and the distribution of the Nusselt number. Regardless of the position of the cylinder, when the Rayleigh number is $10^5$, the surface-averaged Nusselt number of the inner cylinder and the enclosure increases as the Prandtl number increases.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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