A time-resolved two-phase PIV system using a single camera has been developed, which introduces a method of image separation into respective phase images, and is applied to freely rising single bubble. Gas bubble, tracer particle and background have different gray intensity ranges on the same image frame when reflection and dispersion in the phase interface are intrinsically eliminated by optical filters and fluorescent particles. Further, the signals of the two phases do not interfere with each other. Gas phase velocities are obtained from the separated bubble image by applying the two-frame PTV. On the other hand, liquid phase velocities are obtained from the tracer particle image by applying the cross-correlation algorithm. As a result, the bubble rises rectilinearly just after it is released from an injector and then has a zigzag motion in the far field. From the trajectory of the bubble, it is found that the period of the zigzag motion is closely related to the vortex shedding although the wavelength of it varies along its movement.
The cost of a looped pipe network is affected by a set of loop flows. The mathematical model for optimizing the looped pipe network is expressed in the optimal set of loop flows to apply to a stochastic optimization method. Because the feasible region of the looped pipe network problem is nonconvex with multiple local optima, the Modified Stochastic Probing Method is suggested to efficiently search the feasible region. The method consists of two phase: i) a global search phase(the stochastic probing method) and ii) a local search phase(the nearest neighbor method). While the global search sequentially improves a local minimum, the local search escapes out of a local minimum trapped in the global search phase and also refines a final solution. In order to test the method, a standard test problem from the literature is considered for the optimal design of the paralled expansion of an existing network. The optimal solutions thus found have significantly smaller costs than the ones reported previously by other researchers.
A high resolution scheme for solving gas-liquid two-phase flows with cavitation is described. This scheme uses the curvilinear coordinate grid and solves the density based momentum equations for mixture of gas-liquid medium with a preconditioning method to treat both compressible and incompressible flow characteristics. The present preconditioned method is based on the Runge-Kutta explicit finite-difference scheme, and is improved by using the diagonalization, the flux difference splitting and the MUSCL-TVD schemes to save computational effort and to increase stability and resolvability, especially at gas-liquid contact surfaces. A homogeneous equilibrium cavitation model is used to treat the gas-liquid two-phase medium in cavitating flow as a locally homogeneous pseudo-single-phase medium. Therefore, it is easy to solve cavitating flow, including wave propagation, large density changes and incompressible flow characteristic at low Mach number. Some numerical results obtained by the present scheme are shown.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.27
no.4
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pp.415-420
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2010
This study is focused on the channel design of bipolar plate in the electrode of hydrogen gas generator. The characteristics of hydrogen gas generation was studied in view of efficiency of hydrogen gas generation rate and a tendency of gas flow through the riv design of electrode. Since the flow rate and flow pattern of generated gas in the two phase flow system are the most crucial in determining the efficiency of hydrogen gas generator, we adopted the commercial analytical program of COMSOL MultiphysicsTM to calculate the theoretical flow rate of hydrogen gas from the outlet of gas generator and flow pattern of two phase fluid in the electrode. In this study, liquid electrolyte flows into the bipolar plate and decomposed into gas phase, two phase flow simulation is applied to measure the efficiency of hydrogen gas generation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.6
s.237
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pp.671-686
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2005
The transient nature and complex geometries of two-phase gas-liquid flows cause fundamental difficulties when measuring flow velocity using an electromagnetic flowmeter. Recently, a current-sensing flowmeter was introduced to obtain measurements with high temporal resolution (Ahn et al.). In this study, current-sensing flowmeter theory was applied to measure the fast velocity transients in slug flows. The velocity fields of axisymmetric gas-liquid slug flow in a vertical pipe were obtained using Volume-of-Fluid (VOF) method, and the virtual potential distributions for the electrodes of finite size were also computed using the finite volume method for simulating slug flow. The output signal prediction for slug flow was carried out from the velocity and virtual potential (or weight function) fields. The flowmeter was numerically calibrated to obtain the cross-sectional liquid mean velocity at an electrode plane from the predicted output signal. Two calibration parameters are proposed for this procedure: a flow pattern coefficient and a localization parameter. The flow pattern coefficient was defined by the ratio of the liquid resistance between the electrodes for two-phase flow with respect to that for single-phase flow, and the localization parameter was introduced to avoid errors in the flowmeter readings caused by liquid acceleration or deceleration around the electrodes. These parameters were also calculated from the computed velocity and virtual potential fields. The results can be used to obtain the liquid mean velocity from the slug flow signal measured by a current-sensing flowmeter.
The transient nature and complex flow geometries of two-phase gas-liquid flows cause fundamental difficulties when measuring flow velocity using an electromagnetic flowmeter. Recently, a current-sensing flowmeter was introduced to obtain measurements with high temporal resolution (Ahn et $al.^{(1)}$). In this study, current-sensing flowmeter theory was applied to measure the fast velocity transients in slug flows. To do this, the velocity fields of axisymmetric gas-liquid slug flow in a vertical pipe were obtained using Volume-of-Fluid (VOF) method and the virtual potential distributions for the electrodes of finite size were also computed using the finite volume method for the simulated slug flow. The output signal prediction for slug flow was carried out from the velocity and virtual potential (or weight function) fields. The flowmeter was numerically calibrated to obtain the cross-sectional liquid mean velocity at an electrode plane from the predicted output signal. Two calibration parameters are required for this procedure: a flow pattern coefficient and a localization parameter. The flow pattern coefficient was defined by the ratio of the liquid resistance between the electrodes for two-phase flow with respect to that for single-phase flow, and the localization parameter was introduced to avoid errors in the flowmeter readings caused by liquid acceleration or deceleration around the electrodes. These parameters were also calculated from the computed velocity and virtual potential fields. The results can be used to obtain the liquid mean velocity from the slug flow signal measured by a current-sensing flowmeter.
Abdulilah Mohammad Mayet;Evgeniya Ilyinichna Gorelkina;Jamil AlShaqsi;Muneer Parayangat;John William Grimaldo Guerrero;M. Ramkumar Raja;Mohammed Abdul Muqeet;Salman Arafath Mohammed
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.11
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pp.4826-4836
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2024
The formation of scales in pipes is one element that has a major impact on the efficiency of machinery used in the oil and gas sector. With the help of artificial intelligence, this new, non-invasive device was able to figure out the volume fraction of a two-phase flow by taking into account the thickness of the scale in the tested pipeline. The proposed design uses an isotope pair of barium-133 and cesium-137 as a dual-energy gamma generator. One detector records photons that are transmitted, and another detector records photons that are scattered. The signals from the detectors were simulated using the Monte Carlo N-Particle (MCNP) code, and then ten frequency and wavelet characteristics were extracted. To choose the best inputs from the collected features for computing the volume fraction, an ant colony optimization (ACO)-based method is applied. Six attributes, representing the optimal combination, were developed using this method. In order to forecast the volume percentage of two-phase flows independently of flow regime and scale thickness, we fed the characteristics introduced by ACO into a group method of data handling (GMDH) neural network. Volume fraction calculations had a maximum RMSE of 0.056, which is quite little compared to previous research. By using the ACO to choose the best characteristics, the current work has significantly increased its accuracy in identifying volume fractions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.6
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pp.714-724
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1985
Two-phase(air-solid, air-liquid droplet) turbulent round jet has been analyzed numerically using two equation turbulence model. The mean motion of suspending particles in air has been treated as the secondary fluid with virtual density and eddy viscosity. In this paper, the local mean velocity of secondary fluid is not assumed to be the same as that of the primary one. Dissipation rate of turbulent kinetic energy which arises because the particles can not catch up with the turbulent fluctuations of the primary fluid has been modelled by using the concept of Kolmogorov's spectral energy transfer. Numerical computations were performed for flows with different volume fraction of the dispersed phase and the diameter of particle. Results show that the total rate of turbulent energy dissipation, turbulent intensities and spreading rate of jets are reduced by the increase of volume fraction of dispersed phase. However it does not show consistent tendency with increasing the particle diameter. This investigation also shows that presence of particles in the fluid modifies the structure of the primary fluid flow significantly. Predicted velocity profiles and turbulence properties qualitatively agree with available data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.6
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pp.446-454
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2008
The purpose of this paper is to analyze two-phase flows of the hydrogen recirculation system. Two-phase flow modeling is one of the great challenges in the classical sciences. As with most problems in engineering, the interest in two-phase flow is due to its extreme importance in various industrial applications. In hydrogen recirculation systems of fuel cell, the changes in pressure and temperature affect the phase change of mixture. Therefore, two-phase flow analysis of the hydrogen recirculation system is very important. Two-phase computation fluid dynamics (CFD) calculations, using a commercial CFD package FLUENT 6.2, were employed to calculate the gas-liquid flow. A two-phase flow calculation was conducted to solve continuity, momentum, energy equation for each phase. Then, the mass transfer between water vapor and liquid water was calculated. Through an experiment to measure production of liquid water with change of pressure, the analysis model was verified. The predictions of rate of condensed liquid water with change of pressure were within an average error of about 5%. A comparison of experimental and computed data was found to be in good agreement. The variations of performance, properties, mass fraction and two-phase flow characteristic of mixture with resepct to the fuel cell power were investigated.
A two-phase (gas and liquid) flow analysis solver, named CUPID, has been developed for a realistic simulation of transient two-phase flows in light water nuclear reactor components. In the CUPID solver, a two-fluid three-field model is adopted and the governing equations are solved on unstructured grids for flow analyses in complicated geometries. For the numerical solution scheme, the semi-implicit method of the RELAP5 code, which has been proved to be very stable and accurate for most practical applications of nuclear thermal hydraulics, was used with some modifications for an application to unstructured non-staggered grids. This paper is concerned with the effects of interpolation schemes on the simulation of two-phase flows. In order to stabilize a numerical solution and assure a high numerical accuracy, the second-order upwind scheme is implemented into the CUPID code in the present paper. Some numerical tests have been performed with the implemented scheme and the comparison results between the second-order and first-order upwind schemes are introduced in the present paper. The comparison results among the two interpolation schemes and either the exact solutions or the mesh convergence studies showed the reduced numerical diffusion with the second order scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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