The microchannel flow in miniature TCDs (thermal conductivity detectors) is investigated numerically. The solutions based on the boundary layer approximation are not very accurate in the region of the duct inlet for low Reynolds numbers. In this study, two-dimensional Navier-Stokes equations are considered to analyze the gas flow in a miniature TCD. Effects of channel size, inlet and boundary conditions on the heat transfer rate are examined. When the gas stream is not preheated, the distances for a miniature TCD to reach the conduction-dominant region for duct flow are found to be approximately two and three times the thermal entry length for duct flow with constant properties, respectively, leer constant wall temperature and constant wall heat flux boundary conditions. If the gas temperature at the channel inlet is close to the mean gas temperature in the conduction-dominant region, the entrance region is much shorter compared to other cases considered in this study.
본 연구는 표면에 액체 막이 입혀진 구 입자를 지나는 기체의 흐름이 구 입자에 작용하는 항력을 결정하는 3상계 문제를 다룬다. 기체 흐름의 관성은 무시할 정도로 작으며, 구 입자의 표면에서 액체는 중력에 의해 흐르고 액체 막이 기체 흐름에 영향을 받지 않는 경우를 고려한다. SC (simple cubic), BCC (body centered cubic), FCC (face centered cubic) 각 배열의 구 입자들에 대해 외란 기법(perturbation method)과 멀티폴 전개(multipole expansion) 방법을 이용하여 입자들의 수력학적 상호 작용을 계산하고 궁극적으로 액체 막과 액체의 흐름이 기체 흐름에 미치는 영향을 수치적으로 결정한다. 근사적인 방법으로 액체 막의 효과에 구하고 이를 엄밀한 계산 값들과 비교한 결과, 대체로 일치함을 보인다.
In this study, a new numerical procedure for the generation of a nonlinear tailored group of waves is presented. The procedure is based on the transient wave group technique. In order to integrate the nonlinearity during the wave propagation in the computational method, the Navier-Stokes equations are applied as governing equations. The governing equations are discretized by finite volume approximation. The deformation of the free water surface in each time step is pursued with a moving grid. A two-dimensional, numerical wave tank for the simulation of the wave propagation is developed and tested in detail. The numeric results are compared first with analytical wave theories and with measurements, in order to examine the correctness of the numerical wave tank. Wave surface elevation and associated fields of velocity and pressure are numerically computed and compared with measurements. Very good agreements show up.
Computation of moving interface by the level set method typically requires the reinitialization of level set function. An inaccurate estimation of level set function $\phi$ results in incorrect free-surface capturing and thus errors such as mass gain/loss. Therefore, an accurate and robust reinitialization process is essential to the simulation of free-surface flows. In the present paper, we pursue further development of the reinitialization process, which evaluates level set function directly using a normal vector on the interface without solving there-distancing equation of hyperbolic type. The Taylor-Galerkin approximation and P1P1 splitting/SUPG (Streamline Upwind Petrov-Galerkin) FEM are adopted to discretize advection equation of the level set function and the incompressible Navier-Stokes equation, respectively. Advection equation and re-initialization process of free surface capturing are validated with benchmark problems, i.e., a broken dam flow and timereversed single vortex flow. The simulation results are in good agreement with the existing results.
이차원 비선형 정상파의 파낭포텐셜과 수면 파형곡선을 임의 계수를 갖는 Fourier 급수로 대치하고 그 계수를 지배방정식 및 경계조건으로부터 비롯되는 비선형 연립방정식의 Newton 해법에 의하여 결정하는 방법을 제시하였다. 해석결과의 유효성을 검증하기 위하여 본 교치분석을 재내의 4차 미소치 섭동기법과 비교하였으며, 또한 파형과 파염을 관측하기 위한 수리실험을 실시하여 그 결과를 수치해석결과와 비교ㆍ검토하였다. 검토 결과, 본 해석 기법은 수심조건에 관계없이 비교적 큰 파형 경사에서도 정확한 해를 주는 것으로 나타났으며 또한 비선형성이 강한 정상파에서 파염곡선의 파봉부분에 일반적으로 나타나는 이중 돌출부를 잘 예측함으로써 그 타당성을 입증하였다.
In this study we present a new improved nonlinear calibration method for vector magnetograms made by the Solar Flare Telescope of BOAO. To identify Fe I 6302.5 line, we have scanned monochromatic images of the line integrated over filter passband, changing the location of the central transmission wavelength of a Lyot filter. Then we obtained a filter-convolved line profile, which is in good agreement with spectral atlas data provided by the Sacramento Peak Solar Observatory. The line profile has been used to derive calibration coefficients of longitudinal and transverse fields, employing the conventional line slope method under the weak field approximation. Our improved nonlinear calibration method has also been used to calculate theoretical Stokes polarization signals with various angles of inclination of magnetic fields. For its numerical test, we have compared input magnetic fields with the calibrated ones, which have been derived from the new improved non-linear method and the conventional method respectively. The numerical test shows that the calibrated fields obtained from the improved method are consistent with the input fields, but not with those from the conventional method. Finally, we applied our new improved method to a dipole model which characterizes a typical field configuration of a single, round sunspot. It is noted that the conventional method remarkably underestimates the transverse field component near the inner penumbra.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제3권1호
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pp.95-104
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2002
Numerical solution of the full Navier-Stokes equation as well as the energy equation has been obtained for the unsteady natural convection in a rectangular enclosure. One side wall was maintained at very high temperature simulating fires. Especially the effect of surface radiation was taken into account. While the enclosed air was assumed to be transparent, the internal walls directly interacted one another through the surface radiation. Due to a significant temperature difference in the flow field, the equation of state was used instead of the Boussinesq approximation. It was found that the rapid heating of the adiabatic ceiling and floor by the incoming radiation from the hot wall made the evolution at thermo-fluid field highly unstable in the initial period. Therefore, the secondary cells brought about at the floor region greatly affected the heat transfer mechanism inside the enclosure. The heat transfer rate was augmented by the radiation, resulting in requiring less time for the flow to reach the steady state. At the steady state neglecting radiation two internal hydraulic jumps were clearly observed in upper/left as well as in lower/right comer. However, the hydraulic jump in the lower/right comer could not be observed for the case including radiation due to its high momentum flow over the bottom wall. Radiation resulted in a faster establishment of the steady state phenomena.
쇄파대(碎波帶) 밖에서 return flow에 관한 해석적(解釋的) 모형(模型)을 제시(提示)하였다. Navier-Stokes 방정식(方程式)과 연속방정식(連續方程式)으로부터 기초방정식(基礎方程式)이 유도(誘導)되었으며, 기초방정식(基礎方程式)의 각 항(項)은 ordering 해석방법(解釋方法)으로 상대적(相對的)인 크기가 평가(評價)되었다. 이에 따라 미소항(微小項)인 난류법선응력항(亂流法線應力項), 연직방향(鉛直方向) 수립자속도(水粒子速度) 제곱항(項) 및 streaming velocity 항(項)이 무시(無視)될 수 있었다. return flow의 기동력(起動力)이 되는 파동성분(波動成分)의 각 항(項)은 선형파이론(線形波理論)을 천해파근사(淺海波近似)하여 산정(算定)하였으며, 특히 파고(波高)의 공간적(空間的) 변화율(變化率)은 천수계수(淺水係數)를 고려(考慮)하여 나타내었다. 그리고 와동점성계수(渦動粘性係數)의 연직분포(鉛直分布)는 기존(旣存)의 상수형(常數型), 선형함수형(線形函數型) 그리고 자연지수함수형(自然指數函數型)의 3가지 형태(形態)에 대하여 검토(檢討)하였으며, 해(解)의 정도(精度)에 민감(敏感)한 영향(影響)을 미치는 와동점성계수(渦動粘性係數)의 절대(絶對)값은 파곡점(波谷點)에서 유속(流速)이 zero라는 새로운 경계조건(境界條件)을 도입(導入)하여 일의적(一義的)으로 결정(決定)하였다. 2계(階) 미분방정식(微分方程式)으로 나타나는 기초방정식(基礎方程式)의 해(解)를 구하기 위하여 저면(底面)에서 경계조건(境界條件) 및 연속조건(連續條件)을 사용(使用)하였다. 여러 가지 수리실험자료(水理實驗資料)와 본(本) 모형(模型)의 해(解)를 비교(比較)한 결과(結果), 와동점성계수(渦動粘性係數)의 연직분포(鉛直分布)를 상수형(常數型) 혹은 자연지수함수형(自然指數函數型)으로 가정(假定)하였을 때 좋은 결과(結果)를 나타내었다.
Mathematical models for various steps in coal gasification reactions were developed and applied to investigate the effects of operation parameters on dynamic behavior of gasification process. Chemical reactions considered in these models were pyrolysis, volatile combustion, water shift reaction, steam-methane reformation, and char gasification. Kinetics of heterogeneous reactions between char and gaseous agents was based on Random pore model. Momentum balance and Stokes' law were used to estimate the residence time of solid particles (char) in an up-flow reactor. The effects of operation parameters on syngas composition, reaction temperature, carbon conversion were verified. Parameters considered here for this purpose were $O_2$-to-coal mass ratio, pressure of reactor, composition of coal, diameter of char particle. On the basis of these parametric studies some quantitative parameter-response relationships were established from both dynamic and steady-state point of view. Without depending on steady state approximation, the present model can describe both transient and long-time limit behavior of the gasification system and accordingly serve as a proto-type dynamic simulator of coal gasification process. Incorporation of heat transfer through heterogenous boundaries, slag formation and steam generation is under progress and additional refinement of mathematical models to reflect the actual design of commercial gasifiers will be made in the near futureK.
Tomasz Kwiatkowski;Michal Jedrzejczyk;Afaque Shams
Nuclear Engineering and Technology
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제56권4호
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pp.1310-1319
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2024
The reactor cavity cooling system (RCCS) is a passive reactor safety system commonly present in the designs of High-Temperature Gas-cooled Reactors (HTGR) that removes heat from the reactor pressure vessel by means of natural convection and radiation. It is one of the factors responsible for ensuring that the reactor does not melt down under any plausible accident scenario. For the simulation of accident scenarios, which are transient phenomena unfolding over a span of up to several days, intermediate fidelity methods and system codes must be employed to limit the models' execution time. These models can quantify radiation heat transfer well, but heat transfer caused by natural convection must be quantified with the use of correlations for the heat transfer coefficient. It is difficult to obtain reliable correlations for HTGR RCCS heat transfer coefficients experimentally due to such a system's size. They could, however, be obtained from high-fidelity steady-state simulations of RCCSs. The Rayleigh number in RCCSs is too high for using a Direct Numerical Simulation (DNS) technique; thus, a Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) approach must be employed. There are many RANS models, each performing best under different geometry and fluid flow conditions. To find the most suitable one for simulating an RCCS, the RANS models need to be validated. This work benchmarks various RANS models against three experiments performed on the HTTR RCCS Mockup by the Japanese Atomic Energy Agency (JAEA) in 1993. This facility is a 1/6 scale model of a vessel cooling system (VCS) for the High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR), which is operated by JAEA. Multiple RANS models were evaluated on a simplified 2d-axisymmetric geometry. They were found to reproduce the experimental temperature profiles with errors of up to 22% for the lowest temperature benchmark and 15% for the higher temperature benchmarks. The results highlight that the pragmatic turbulence models need to be validated for high Rayleigh natural convection-driven flows and improved accordingly, more publicly available experimental data of RCCS resembling experiments is needed and indicate that a 2d-axisymmetric geometry approximation is likely insufficient to capture all the relevant phenomena in RCCS simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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