본 연구에서는 경사진 헬리컬 코일형 동관내 이산화탄소의 증발 열전달 계수와 압력강하를 실험적으로 조사하였다. 냉매 순환루프의 주요구성품은 수액기, 변속펌프, 질량유량계, 예열기, 경사진 헬리컬 코일형 가스냉각기(시험부)로 구성된다. 시험부는 내경 4.55 mm의 평활 동관으로 이루어져 있다. 냉매질량 유속은 $200kg/m^2s$에서 $600kg/m^2s$까지 변화시켰고, 가스냉각기의 입구압력은 7.5 MPa에서 10.0 MPa까지이다. 경사진 헬리컬 코일관내 이산화탄소의 열전달 계수는 질량유속과 냉각압력의 증가와 함께 따라 증가하였다. 이산화탄소의 압력강하는 헬리컬 코일관내 단상 상관식인 Ito식과 좋은 일치를 보였고, 이산화탄소의 국소 열전달 계수는 Pilta 등이 제안한 상관식과 좋은 일치를 보였다. 하지만, 유사임계 온도 영역부근에서는 실험데이터가 더 높게 나타났다.
Energy simulation tools can provide information on the amount of heat transfer through building envelope components, which are considered the main sources of heat loss in buildings. Therefore, it is important to improve the quality of outputs from energy simulation tools and also the process of obtaining them. In this paper, a new Building Energy Performance Assessment Tool (BEPAT) is introduced, which provides users with granular data related to heat transfer through every single wall, window, door, roof, and floor in a building and automatically saves all the related data in text files. This information can be used to identify the envelope components for thermal improvement through energy retrofit or during the design phase. The generated data can also be adopted in the design of energy smart homes, building design tools, and energy retrofit tools as a supplementary dataset. BEPAT is developed by modifying EnergyPlus source code as the energy simulation engine using C++, which only requires Input Data File (IDF) and weather file to perform the energy simulation and automatically provide detailed output. To validate the BEPAT results, a computer model is developed in Revit for use in BEPAT. Validating BEPAT's output with EnergyPlus "advanced output" shows a difference of less than 2% and thus establishing the capability of this tool to facilitate the provision of detailed output on the quantity of heat transfer through walls, fenestrations, roofs, and floors.
Numerical analysis on a parallel flow heat exchanger(PFHE) is performed using 2 dimensional turbulent porous modeling. This modeling can consider three-dimensional configuration of passage (flat tube with micro-channels), and the stability and accuracy of numerical results are improved. The geometrical parameters(e.g., the position of separators, inlet/outlet, and porosity of passages of a PFHE) are varied in order to examine the flow and thermal characteristics and flow distribution of the single phase multiple passages system. The flow non-uniformities along the paths of the PFHE are observed to evaluate the thermal performance of the heat exchanger. The location of inlet affects the heat transfer, and the location of outlet affects the pressure drop. The porosity with the optimum thermal performance is around 0.53.
The design of a nuclear reactor core requires basic thermal-hydraulic information concerning the heat transfer regime at which onset of nucleate boiling (ONB) will occur, the pressure drop and flow rate through the reactor core, the temperature and power distributions in the reactor core, the departure from nucleate boiling (DNB), the condition for onset of flow instability (OFI), in addition to, the critical velocity beyond which the fuel elements will collapse. These values depend on coolant velocity, fuel element geometry, inlet temperature, flow direction and water column above the top of the reactor core. Enough safety margins to ONB, DNB and OFI must-emphasized. A heat transfer package is used for calculating convection heat transfer coefficient in single phase turbulent, transition and laminar regimes. The main objective of this paper is to study the possibility of power upgrading of WWR-S research reactor from 2 to 10 MWth. This study presents a one-dimensional mathematical model (axial direction) for steady-state thermal-hydraulic design and analysis of the upgraded WWR-S reactor in which two types of plate fuel elements are employed. FOR-CONV computer program is developed for the needs of the power upgrading of WWR-S reactor up to 10 MWth.
Recent progress in the computational fluid dynamics methods of two- and multiphase phase flows has already started opening up new exciting possibilities for using complete multidimensional models to simulate boiling systems. Combining this new theoretical and computational approach with novel experimental methods should dramatically improve both our understanding of the physics of boiling and the predictive capabilities of models at various scale levels. However, for the multidimensional modeling framework to become an effective predictive tool, it must be complemented with accurate mechanistic closure laws of local boiling mechanisms. Boiling heat transfer has been studied quite extensively before. However, it turns out that the prevailing approach to the analysis of experimental data for both pool boiling and forced-convection boiling has been associated with formulating correlations which normally included several adjustable coefficients rather than based on first principle models of the underlying physical phenomena. One reason for this has been the tendency (driven by practical applications and industrial needs) to formulate single expressions which encompass a broad range of conditions and fluids. This, in turn, makes it difficult to identify various specific factors which can be independently modeled for different situations. The objective of this paper is to present a mechanistic modeling concept for both pool boiling and forced-convection boiling. The proposed approach is based on theoretical first-principle concepts, and uses a minimal number of coefficients which require calibration against experimental data. The proposed models have been validated against experimental data for water and parametrically tested. Model predictions are shown for a broad range of conditions.
Nanofluids is that metallic or nonmetallic nanometer-sized particles are dispersed in liquid and they can be used in various fields to increase the heat transfer rate. This study conducted experiments to evaluate whether the cooling efficiency of nanofluids is better than that of water in spray cooling. A heated surface was designed and fabricated to make the temperature distribution be linear, which was confirmed by three thermocouple measurements under the heated surface. Spray cooling experiments were conducted using water, 0.2% wt. (weight), and 0.5% wt. $Al_2O_3$ nanofluids at the pressure of 0.2 MPa and 0.3 MPa. Based on the results, it is shown that the cooling efficiency of nanofluids is higher than that of water especially in the region of single phase heat transfer. As a result, we can expect that nanofluids can be used as efficient coolants in the cooling of electronic packages where the temperature of the heated surface is not high enough for boiling incipience.
An experimental study is performed to investigate the thermal and flow characteristics of subcooled liquid nitrogen in a natural circulation loop. Experimental apparatus is designed and constructed such that a closed loop is cooled at the top by a cryocooler and heated nearly at the bottom by cartridge heaters. Steady state is obtained by controlling the heating power to the cartridge heaters and a thin-film heater to reduce the cooling power of the cryocooler. Temperature is measured at several locations of the loop and the mass flow rate through the loop is estimated from the energy balance in terms of the measured temperatures. Experiment is repeated for various values of the vertical height between the cooling and heating parts. The results show that the heat transfer capability of the loop has a maximum at a certain value of height. The optimal height to maximize the heat transfer is in a good agreement with analytical prediction to take into account the buoyancy and viscous forces in the loop.
Bubble condensation, which involves the interaction of bubbles within the subcooled liquid flow, plays an important role in the effective control of thermal devices. In this study, numerical simulations are performed using a VOF (Volume of Fluid) model to investigate the effect of tube diameter on bubble condensation. As the tube diameter decreases, condensation bubbles persist for a long time and disappear at a higher position. It is observed that for small tube diameters, the heat transfer coefficients of condensation bubbles, which is a quantitative parameter of condensation rate, are smaller than those for large tube diameters. When the tube diameter is small, the subcooled liquid around the condensing bubble is locally participated in the condensation of the bubble to fill the reduced volume of the bubble due to the generation of a backflow in the narrow space between the bubble and the wall, so that the heat transfer coefficient decreases.
The heat and flow characteristics in a single-phase parallel-flow heat exchanger was examined numerically to obtain its optimal shape. A response surface method was introduced to approximately predict its performance with respect to the design parameters over the design domain. The inflow/outflow angle of the working fluid, the location of inlet/outlet, the protruding height of flat tube and the height of header were chosen as a design parameter The evaluation of the relative importance of the design parameters was performed based on a sensitivity analysis. An efficiency index was used as an evaluation characteristics value to simultaneously consider both the heat transfer and the pressure drop. The efficiency index of the optimum model, compared to that of the base model, was increased by 9.3%.
The heat and flow characteristics in a single-phase parallel-flow heat exchanger was examined numerically to obtain its optimal shape. A response surface method was introduced to predict its performance approximately with respect to design parameters over design domain. Design parameters are inflow and outflow angle of the working fluid and horizontal and vertical location of inlet and outlet. The evaluation of the relative priority of the design parameters was performed to choose three important parameters in order to use a response surface method. A JF factor was used as an evaluation characteristic value to consider the heat transfer and the pressure drop simultaneously. The JF factor of the optimum model, compared to that of the base model, was increased by about 5.3%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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