This paper presents a numerical optimization method to design geometric shape of streamwise periodic ribs mounted on one of the principal walls to enhance turbulent heat transfer in a rectangular channel flow. The golden section method is used for the one dimensional search. The optimization is based on Wavier-Stokes analysis of turbulent forced convection with $k-{\varepsilon}$ turbulence model. The width-to-height ratio of a rib is chosen as a design variable. The object function is defined as an inverse of average Nusselt number. An optimum shape of the rib has been obtained with reasonable computing time.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2001.05a
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pp.28-33
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2001
Animation understanding and time-resolved analysis of the wake characteristic of 2-D sharp plane flows were executed by applying the multi-vision PIV to a sharp plane(three angle of attacks : $15^{\circ}, \; 30^{\circ}, \; 45^{\circ}$) submerged within a circulating water channel($Re = 2{\times}10^4$). The macroscopic shedding patterns were discussed in terms of instantaneous velocity, vorticity, velocity profile, kinetic energy, turbulent intensity, frequency analysis. Particularly, the time-averaged distribution of turbulent intensity in each experimental cases revealed separate island-like small regions magnitude of turbulent intensity was always strengthened.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.3B
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pp.239-245
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2009
Levees, the hydro-engineering structure, are similar to earth dams in aspects of shape and structure. However, they are different from earth dams in the external force conditions. As a levee is the structure that is complexly affected by the flow and the water stage in the river, it may be unreasonable to analyze the seepage safety as previous studies derived from the neglect of river flow. In this study, an experiment was conducted to investigate flow structures in a trapezoidal open-channel and the influence of the channel flow on the seepage through a levee. Flow structures in a trapezoidal open-channel were distinguished from a rectangular open-channel such as velocity and bottom shear stress distributions. In case with the flow velocity of 0.5 m/s, seepage water heads were higher 10 percent as compared with the stagnant case. This result is caused by dynamic heads, secondary currents, turbulent fluctuation forces, and various physical factors. It is suggested that external force boundary considered in terms of the flow as well as the water stage is proper to seepage analyses.
Kim, Ji-Hoon;Heo, Joo-Nyoung;Ahn, Sung-Hoo;Lee, Doo-Ho;Son, Young-Seok;Shin, Jee-Young
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.1
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pp.40-46
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2013
Turbulent flow and heat transfer in a channel with a detached rib array have been simulated. The computations are based on the finite volume method with the SIMPLE algorithm. The forms of ribs considered in this study were rib with rectangular cross section, rib with groove, broken rib, and V-shaped rib. The ribs were deployed transverse or aligned $60^{\circ}$ to the main direction of the flow. Local heat transfer coefficients were obtained at various Reynolds numbers within the turbulent flow regime. Area-averaged data were calculated in order to compare the overall performance of the tested ribbed surfaces and to evaluate the degree of heat transfer enhancement induced by the ribs with respect to the smooth channel. The highest heat transfer occurred for the rib with groove which was aligned $60^{\circ}$ to the main flow direction. Performance factor was decreased with the increase of velocity, and it was found that the best performance factor was obtained in the low velocity region.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.9
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pp.1219-1226
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2001
Pressure drops were measured for the flow boiling process within horizontal rectangular channels. The gap between the upper and the lower plates of each channel ranges from 0.4 to 2mm while the channel width being fixed to 20mm. Refrigerant 113 was used as the test fluid. The mass flux ranges from 50 to 200kg/㎡s and the channel walls were uniformly heated up to 15kW/㎡. The quality range covers from 0.15 to 0.75. The present experimental conditions coincide with the operating conditions of compact heat exchangers in which the liquid and gas flows are laminar and turbulent. The measured results were well represented by the two-phase frictional multiplier of Lee (2001) which has been developed for air-water two-phase flows within the deviation of $\pm$20%.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.3
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pp.395-402
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2017
The local heat transfer and total pressure drops of developed turbulent flows in the ribbed rectangular convergent/divergent channels with ${\Lambda}/V-shaped$ ribs have been investigated experimentally. The channels have the exit hydraulic diameter ($D_{ho}$) to inlet hydraulic diameter ($D_{hi}$) ratios of 0.67 for convergence and 1.49 for divergence, respectively. The ${\Lambda}/V-shaped$ ribs with three different flow attack angles of $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, and $60^{\circ}$ are manufactured with a fixed rib height (e) of 10 mm and the ratio of rib spacing (S) to height (e) of 10 on the walls. Thermal performances of the ribbed rectangular convergent/divergent channels are compared with the smooth straight tube under identical pumping power. The results show that the flow attack angle of $45^{\circ}$ with ${\Lambda}-shaped$ rib has the greatest thermal performance at all the Reynolds numbers studied in the convergent channel; whereas, the flow attack angle of $60^{\circ}$ with V-shaped rib has the greatest thermal performance over Reynolds number of 30,000 in the divergent channel.
In present study, the thermal-hydraulic characteristics of the subchannels are investigated as measuring single-phase heat transfer coefficients and the cross sectional velocity field using LDV in the downstream of support grid in $6{\times}6$ rod bundles. Support grid with mixing vanes make enhancing heat transfer in rod bundles by generating turbulent flow. But this turbulent flow only is reserved in a short distance. Support grid with LSVF mixing vanes keep the turbulent flow a long distance. The experiments are performed at the nominal Reynolds number 30,000 and 50,000. The heat transfer coefficients are measured using heated and unheated copper sensor. In this study, the comparison of local heat transfer coefficients for LSVF mixing vane and split mixing vane is represented.
Partial quenching structure of turbulent diffusion flames in a turbulent mixing layer is investigated by the method of flame hole dynamics in order to develop a prediction model for turbulent flame lift off. The essence of flame hole dynamics is derivation of the random walk mapping, from the flame-edge theory, which governs expansion or contraction of flame holes initially created by local quenching events. The numerical simulation for flame hole dynamics is carried out in two stages. First, a direct numerical simulation is performed for constant-density fuel-air channel mixing layer to obtain the turbulent flow and mixing fields, from which a time series of two dimensional scalar dissipation rate array is extracted at a fixed virtual flame surface horizontally extending from the end of split plate to the downstream. Then, the Lagrangian simulation of the flame hole random walk mapping projected to the scalar dissipation rate array yields temporally evolving turbulent extinction process and its statistics on partial quenching characteristics. The statistical results exhibit that the chance of partial quenching is strongly influenced by the crossover scalar dissipation rate while almost unaffected by the iteration number of the mapping that can be regarded as a flame-edge speed.
Fully three-dimensional Large Eddy Simulation calculations of the flow past 2D cavity are conducted to study the purging of neutrally buoyant or dense miscible contaminants introduced instantaneously inside the cavity. The length to depth ratio(L/D) is 2 and Reynolds number based on the depth is 3,360. Fully developed turbulent inflow are fed at the inlet from precursor simulation of channel flow. Mean flow pattern and unsteady features are investigated based on the experimental data of Pereira and Sousa. From the study of mass exchange processes, it is found that the mechanism of removal of the contaminant is very different between the non-buoyant and buoyant cases. In the buoyant case, internal wave motion which interacts with a strong cavity vortex is dominant in the ejection mechanism of the contaminants.
The Particle Image Velocimetry (PIV) technique can be used to obtain a whole-field view of thermal counterflow velocity profile in He II. Using commercially available microspheres, we have been able to visualize the normal fluid velocity in He II thermal counterflow; however, the measured velocities are less than predicted from the two fluid model. None the less, the PIV is a useful tool for observing the counterflow field in He II flow, particularly where the flow is complex as occurs through channel constrictions or around bluff objects. The present paper shows recent results using PIV to observe He II counterflow. Two cases are discussed: 1D channel flow and turbulent flow around a circular cylinder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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