Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.10
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pp.1255-1263
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2004
An a priori test has been conducted for the dynamic mixed model which was generalized for the prediction of passive scalar field in a turbulent channel flow The results from a priori tests indicated that dynamic mixed model is capable of predicting both subgrid-scale heat flux and dissipation rather accurately. The success is attributed to the explicitly calculated resolved term incorporated into the model. The actual test of the model in a LES a posteriori showed that dynamic mixed model is superior to the widely used dynamic Smagorinsky model in the prediction of temperature statistics.
In this study, a numerical optimization to find the optimal shape of streamwise periodic ribs mounted on both of the principal walls is performed to enhance turbulent heat transfer in a rectangular channel. The optimization is based on Navier-Stokes analysis of flow and heat transfer with $k-{\varepsilon}$ turbulence model and is implemented using response surface method. The width-to-height ratio of a rib, rib height-to-channel height ratio, rib pitch to rib height ratio and distance between opposite ribs to rib height ratio are chosen as design variables. The object function is defined as a function of heat transfer coefficient and friction drag coefficient with weighting factor. Optimum shapes of the rib have been investigated for the range of 0.0 to 0.1 of weighting factor.
This study presents a numerical procedure to optimize the shape of dimple surface to enhance turbulent heat transfer in rectangular channel. The response surface based optimization method is used as an optimization technique with Reynolds-averaged Wavier-Stokes analysis of fluid flow and heat transfer with shear stress transport (SST) turbulence model. The dimple depth-to -dimple print diameter ratio, channel height- to- dimple print diameter ratio. and dimple print diameter-to-pitch ratio are chosen as design variables. The objective function is defined as a linear combination of heat transfer coefficient and friction drag coefficient with a weighting factor. Full factorial method is used to determine the training points as a mean of design of experiment.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.37
no.3
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pp.575-583
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2017
Various types of flow patterns around the stepped weir and spillway, such as the skimming flow over such structures and the wave-type flow with a standing undular hydraulic jump and roller downstream of the structures, are developed in open channels. Unsteady three-dimensional numerical simulations are carried out using a hybrid RANS-LES turbulence modeling approach and the volume of fluid method for resolving free surface fluctuations to represent the turbulent flow including the skimming flow and wave-type flow over a stepped weir installed in a rectangular channel. The comparison of numerical results with an existing experimental measurement reveals that the present numerical simulations reasonably well reproduce the turbulent flow passing the stepped weir, in terms of time-averaged velocity profiles at selected locations downstream of the weir, flow topology characterized by the wave-type and skimming flows, the maximum height and length of the standing wave and the length of reattachment of recirculating zone. The numerical result further elucidates the distinct flow behaviors of the wave-type and skimming flow by presenting instantaneous intense variations of free surface and velocity vectors, the distributions of Reynolds shear stress and turbulent kinetic energy and three-dimensional complex features of coherent structures and total pressure distribution.
Lee, Jun Seok;Kim, Minsung;Ha, Man Yeong;Min, June Kee
Journal of computational fluids engineering
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v.22
no.1
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pp.67-80
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2017
The high-speed bypass effect on the heat exchanger performance has been investigated numerically. The plate-fin type heat exchanger was modeled using two-dimensional porous approximation for the fin region. Governing equations of mass, momentum, and energy equations for compressible turbulent flow were solved using ideal-gas assumption for the air flow. Various bypass-channel height were considered for Mach numbers ranging 0.25-0.65. Due to the existence of the fin in the bypass channel, the main flow tends to turn into the core region of the channel, which results in the distorted velocity profile downstream of the fin region. The boundary layer thickness, displacement thickness, and the momentum thickness showed the variation of mass flow through the fin region. The mass flow variation along the fin region was also shown for various bypass heights and Mach numbers. The volumetric entropy generation was used to assess the loss mechanism inside the bypass duct and the fin region. Finally, the correlations of the friction factor and the Colburn j-factor are summarized.
The present study numerically investigates the flow and heat transfer characteristics of rib-induced secondary flow in a cooling channel with staggered V-shaped ribs, extruded on both walls. The rib-height-to-hydraulic diameter ration (h/$D_h$) is 0.17; the rib pitch-to-height ratio (p/h) equals 2.8; the Reynolds number is 50,000. Shear stress transport (SST) turbulence model is used as a turbulence closure. The present results are compared with those for a continuous V-shaped rib. Computational results show that, for average heat transfer rate the staggered V-shaped rib gives about 2.5 times higher values than the continuous V-shaped rib, while, for the streamwise pressure drop the former gives about 5 times higher values than the latter. Consequently, for the thermal performances, based on the equal pumping power condition, the staggered one gives about 2 times higher values than the continuous one. Also, for the staggered V-shaped rib, complex secondary flow patterns are generated in the duct due to the snaking flow in the streamwise direction, and more uniform heat transfer distributions are obtained.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.14
no.1
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pp.8-14
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2018
Printed circuit heat exchangers (PCHEs) are widely used with an increasing demand for industrial applications. PCHEs are capable of operating at high temperatures and pressure. We consider a PCHE as a candidate intermediate heat exchanger type for a high temperature gas-cooled reactor (HTGR). For conventional application using stainless steels, design and manufacturing of PCHEs are well established. For applications to HTGR, knowledge of longitudinal conduction and deformation of channel is required to estimate design margin. This paper analyzes the effects of longitudinal conduction and deformation of channel on thermal performance using a code internally developed for design and analysis of PCHEs. The code has a capability of two dimensional simulations. Longitudinal conduction is estimated using the code. In HTGR operating condition, about ten percent of design margin is required to compensate thermal performance. The cross-sectional images of PCHE channels are obtained using an optical microscope. The images are processed with computer image process technique. We quantify the deformation of channel with dimensional parameters. It is found that the deformation has negative effect on structural integrity. The deformation enhances thermal performance when the shape of channel is straight in laminar flow regime. It reduces thermal performance in cases of a zigzag channel and turbulent flow regime.
The aim of this study is to compare k-$\varepsilon$ and k-$\omega$ closures under the condition of oscillatory layer flow at high Reynolds number. A one dimensional vertical model incorporated with flow momentum equations and turbulence models (k-$\varepsilon$ and k-$\omega$) is applied to the laboratory measurements in the turbulent oscillatory boundary layer. The numerical simulation reveals that both turbulence models calculate similar velocity profiles and turbulent kinetic energy (TKE). In addition, both deliver high accuracy under the condition of negligible spanwise pressure gradient. Therefore, it is recommended in this study to use k-$\varepsilon$ closure, of which numerical coefficients have been calibrated from many studies, for the cases of straight channel, estuary, and coastal environment where the spanwise pressure gradient is not significant.
The local heat transfer and pressure drop of developed turbulent flows in the smooth convergent/divergent channels with rectangular and square cross-sectional areas along the axial distance have been investigated experimentally. The measurement was conducted within the range of Reynolds numbers from 15,000 to 89,000. The channel hydraulic diameter ratios of 0.67 and 1.49 in the rectangular channel with 2 inclined walls and the ratios 0.75 and 1.33 in the square channel with 4 inclined walls are considered. The comparison showed that among the four channels the square divergent channel has the highest thermal performance at the identical mass flow rate, at the identical pumping power, and at the static pressure drop.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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