Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제24권3호
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pp.29-35
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2000
The present numerical study investigates heat transfer enhancement mechanism for suspensions of polystyrene particles in water. Numerical simulations were done for turbulent hydrodynamic fully developed flows in a circular duct with constant wall heat flux. The experimental result of microparticle suspensions show 25∼45% heat transfer enhancement over those of water. The present numerical results show the main parameter for the heat transfer enhancement of microparticle suspension in a circular duct is the change of velocity profile by the non-Newtonian fluid behavior.
This study was performed to analyze the cooling effect of heated ribs which are frequently used for cooling of electronic parts, using the numerical method. To prevent the excessive pressure drop due to turbulence promoters for the enhancement of heat transfer rate especially, the effect of the angle of turbulence promoter was investigated by the numerical analysis. Heat transfer rate with turbulence promoters with rectangular cross-section increased by 13% in average, but the coefficient of pressure drop increased by 1.68 times than that without them. In the present study, triangular cross-sectional shape turbulence promoters were suggested and numerically tested. Pressure drop of turbulence promoter with the 30 degree triangular cross-sectional shape decreased by 30% from that of rectangular cross-section promoters while heat transfer rate was almost the same. While with 4 turbulence promoters, the heat transfer rate increased by 21%, the pressure drop increased 4 times. It means that the higher capacity of cooling fan should be needed. With the triangular cross-sectional shape, the size of vortex region at the rear of promoters became considerably smaller, so pressure drop became smaller. The effect of the change of cross-sectional shape was not found in the flow pattern near the ribs, so that heat transfer characteristics in the ribs were not changed.
In external galaxies, the velocity dispersion of the atomic hydrogen gas shows a remarkably flat distribution with the galactocentric radius. This has been a long-standing puzzle because if the gas velocity dispersion is due to turbulence caused by supernova explosions, it should decline with radius. After a discussion on the role of spiral arms and ram pressure in driving interstellar turbulence in the outer parts of galactic disks, we argue that the constant bombardment by tiny high-velocity halo clouds can be a significant source of random motions in the outer disk gas. Recent observations of the flaring of H I in the Galaxy are difficult to explain if the dark halo is nearly spherical as the survival of the streams of tidal debris of Sagittarius dwarf spheroidal galaxy suggests. The radial enhancement of the gas velocity dispersion (at R > 25 kpc) due to accretion of cloudy gas might naturally explain the observed flaring in the Milky Way. Other motivations and implications of this scenario have been highlighted.
An optimal shape design approach is presented for a subsonic S-shaped intake using aerodynamic sensitivity analysis. Two-equation turbulence model is employed to capture strong counter vortices in the S-shaped duct more precisely. Sensitivity analysis is performed for the three-dimensional Navier-Stokes equations coupled with two-equation turbulence models using a discrete adjoint method For code validation, the result of the flow solver is compared with experiment data and other computational results of bench marking test. To study the influence oj turbulence models and grid refinement on the duct flow analysis, the results from several turbulence models are compared with one another and the minimum number of grid points, which can yield an accurate solution is investigated The adjoint variable code is validated by comparing the complex step derivative results. To realize a sufficient and flexible design space, NURBS equations are introduced as a geometric representation and a new grid modification technique, Least Square NURBS Grid Approximation is applied With the verified flow solver, the sensitivity analysis code and the geometric modification technique, the optimization of S-shaped intake is carried out and the enhancement of overall intake performance is achieved The designed S-shaped duct is tested in several off-design conditions to confirm the robustness of the current design approach. As a result, the capability and the efficiency of the present design tools are successfully demonstrated in three-dimensional highly turbulent internal flow design and off-design conditions.
The objective of this study was to investigate the characteristics of jet flow and heat transfer caused by trapezoid rods array in impinging jet system. In this study, trapezoid rods have been set up in front of flat plate to serve as a turbulence promoter. The bottom width of trapezoid rod was W=4, 8mm and oblique angle were $80^{\circ}$. The space from rods to the heating surface was C=1, 2, 4mm, the pitch between each rods was P=30, 40, 50mm, and the distance from nozzle exit to flat plate was H=100, 500mm. This results were compared with the case without trapezoid rods. As a result, when rods are installed in front of the impinging plate, the acceleration of the jet flow and the eddies due to the rods seem to contribute to the heat transfer enhancement. Among test conditions, the heat transfer performance was best for the condition of W=8mm, C=1mm, P=30mm and H/B=10. The maximum heat transfer rate is about 1.9 times larger than that without trapezoid rods.
In this study, we develop a method to achieve heat transfer enhancement inside a square duct with high aspect ratio without changing any inner structures. Especially, a method to lower the possible maximum temperature is suggested if constant heat flux is provided to single surface of square duct. Knowing the fact that heat transfer rate is inversely proportional to flow area, we proposed tapered channel concept which uses narrower gap toward the flow exit where the maximum temperature is expected. To maintain equivalent power consumption, inlet section has been enlarged. To verify the proposed concept, experimental tests have been performed.
This study is intend to improve flow pattern within evaporator, which is low quality and low mass flux, by installing narrow horizontal annular crevice so that enhance heat transfer coefficient. The motive, which made to study heat transfer enhancement by using narrow annular crevice, came from capillary phenomena and pumping force of generating vapor on refrigerant boiling. Tests were run about 5 models of turbulence promoter with CFC-12, in the range of evaporating temperature (15.deg. C), mass flux (50 to 100 kg/m$\^$2/s), heat flux (3.4 to 6.7 kW/m$\^$2/), quality (0.1 to O.5). It is observed that flow pattern within evaporator is changed closely to semi-annular flow or annular flow, of which refrigerant liquid is reached to the upper side of tube by using narrow annular crevice. When the narrow annular crevice is installed in the evaporator tube, local heat transfer coefficient is generally more improved than that of smooth tube. That fact is according to observed result of flow pattern. It is learned that narrow annular crevice has more efficiency at a low mass flux. At the TP-5, enhancement of heat transfer rate is about 170% compare to that of smooth tube on a low mass flux (50 kg/m$\^$2/s), and it is about 134% on a high mass flux (100 kg/M$\^$2/S), so that we know that it is on a very high condition.
난류고리와 스플래쉬 판에 의한 난류 혼합과 난류 생성에 관한 연구를 위하여 LES 해석이 가능한 CFD 코드를 개발하였으며 이를 사용하여 LES 해석을 수행하였다. 계산 결과에 의하면 난류고리는 유동장에 매우 강한 난류를 생성하여 후류에서 난류 혼합을 촉진하는 역할을 담당하는 것으로 밝혀졌다. 한편 난류고리 후류 방향으로 스플래쉬 판을 설치하면 난류고리만을 설치한 경우와 매우 다른 형태의 난류 에너지와 엔스트로피 생성을 관찰할 수 있었다. 이 경우의 난류혼합은 판 뒤에 생성되는 매우 강하며 집중적인 난류의 생성에 의하여 이루어지며 압력강하는 초기 압력의 1% 수준으로 매우 낮았다. 또한 계산결과에 의하면 난류고리의 형상이나 돌출 길이 변화는 생성되는 난류의 특성에 매우 커다란 영향을 미치지 못하였다. 난류 혼합을 가장 효과적으로 이룰 수 있는 판의 위치에 관한 연구 는 진행하지 못하였으나 지금까지 계산결과에 의하면 스플래쉬 판이 설치되었을 때 압력 강하도 낮은 수준이며 난류 혼합이 가장 효과적임을 알 수 있었다.
The purpose of this study is to compare the time mean velocity distribution, the time mean kinetic energy, and the time mean turbulence intensity between vertical and horizontal flow fields in a coaxial circular pipe by PIV measurement. Experiments are performed at a Reynolds number 2,000, measuring regions divided as the section regions A, B, C, D in flow fields. The angle of the high-frequency ultrasonic is selected in the direction of $45^{\circ}$ to the flow axes and it is reflected several times. In results, it is clarified that the effect of gravity is given in the vertical flow field compared with the horizontal flow field and the ultrasonic affects the turbulence enhancement. And kinetic energy and turbulence intensity with ultrasonic are shown slightly bigger than those in flow field without it.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권3호
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pp.229-236
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2016
Exergetic analysis was introduced in optimization of a rotating equilateral triangular internal cooling channel with staggered square ribs to maximize the net exergy gain. The objective function was defined as the net exergy gain considering the exergy gain by heat transfer and exergy losses by friction and heat transfer process. The flow field and heat transfer in the channel were analysed using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations under the uniform temperature condition. Shear stress transport turbulence model has been selected as a turbulence closure through the turbulence model test. Computational results for the area-averaged Nusselt number were validated compared to the experimental data. Three design variables, i.e., the angle of rib, the rib pitch-to-hydraulic diameter ratio and the rib width-to-hydraulic diameter ratio, were selected for the optimization. The optimization was performed at Reynolds number, 20,000. Twenty-two design points were selected by Latin hypercube sampling, and the values of the objective function were evaluated by the RANS analysis at these points. Through optimization, the objective function value was improved by 22.6% compared to that of the reference geometry. Effects of the Reynolds number, rotation number, and buoyancy parameter on the heat transfer performance of the optimum design were also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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