This investigation is carried out numerically for the two dimensional natural convection and surface radiation heat transfer in a square enclosure. The bottom wall is a constant heat flux at hot temperature and also top wall is isothermal at cold temperature whereas the left and right side walls are adiabatic except a transparent window on the right side partially. The exchange of radiant energy is obtained by the net radiation method and the shape factor by the crossed string method. The change in temperature and Nusselt number distributions of the walls due to the effect of the wall emissivity for various emissivities and for various dimensionless insolation energies are investigated. The dimensionless local convective heat flux and local radiative heat flux distributions in the wall except an adiabatic wall are also compared.
A finite volume radiation solution method was applied to a non- orthogonal coordinate system for the analysis of radiative-convective heat transfer about a circular cylinder in crossflow. The crossflow Reynolds number based on the cylinder radius was 20, and the fluid Prandtl number was 0.7. The radiative heat transfer coupled with convection was reasonably predicted by the finite volume radiation solution method. The investigation includes the effects of conduction- to-radiation parameter, optical thickness, scattering albedo and cylinder wall-emissivity on heat transfer about the cylinder. As the conduction- to-radiation parameter decreases, the radiative heat transfer rate increases and conduction rate as well due to the increase in temperature gradient on the cylinder wall which is caused by radiation enhancement. With an increase in the optical thickness, the Nusselt number increases significantly and the temperature gradient shows similar behavior. Though the radiative heat transfer increases with the scattering albedo, the total heat transfer decreases. This is because the decrease in the conduction heat transfer exceeds the increase in the radiation heat transfer. As the wall- emissivity increases, the radiation absorbed in the vicinity of the cylinder wall increases and thereby the total heat transfer increases, even though the conduction heat transfer decreases.
본 연구에서는 2차원 정사각형 밀폐공간내에 열복사를 흡수, 방사 및 비등방 산란하는 매질이 존재할 때 자연대류와 복사의 상호작용을 선형 비등방 산란을 가정 하고 복사열전달의 계산시 P-N 근사법을 이용하여 해석하였다. 수치계산을 통하여 Planck 수, 산란알베도, 광학두께, 벽방사율 및 비등방 산란이 유동 및 온도 특성 그리고 열전달에 미치는 영향을 조사하였다.
차세대도시농림융합기상사업단의 에너지수지타워 관측자료를 이용하여 수도권 기상과 복사특성에 대하여 분석하였다. 서울 수도권에 위치한 총 14개 에너지수지타워의 기온, 풍속, 상대습도, 지표면 온도, 강수량, 단파 및 장파 복사량과 복사관측자료를 이용하여 산출한 알베도와 방출률을 분석하였다. 월별 자료에 따르면, 도시에 위치한 중랑지점에서 알베도는 낮고 방출률은 높은 특성을 나타냈고 교외지역인 부천지점에서는 반대의 특성이 나타났다. 자연적인 지표상태에서는 태양복사에너지를 효과적으로 반사하여 대부분 중랑지점보다 알베도가 높게 나타났다. 연 평균 기온이 비교적 높게 나타난 지점들은 서울 도심에 위치하고 있었으며, 알베도가 대체적으로 낮게 분포되었다. 가좌지점과 뚝섬지점은 관측 기온이 높았지만, 관측소 주변 유리벽 건물 및 한강으로 둘러싸인 환경으로 알베도가 비교적 높게 나타났다. 교외지역에 위치하고, 기온이 낮았던 지점들은 대체로 낮은 방출률을 나타냈다. 그 중 부천지점에서는 다소 높은 방출률이 나타났는데, 이는 관측지점 주변이 논과 밭으로 구성되어 있어 교외지역의 관측지점보다 지표면 온도가 상대적으로 낮게 관측되었기 때문이다. 결과적으로 도심지일수록 알베도는 감소하고, 방출률은 증가하는 경향을 확인할 수 있다. 또한, 서울 지역의 순 복사량이 $100Wm^{-2}$ 이하로 나타나 에너지가 대기 중에 흡수된 것으로 볼 수 있다.
Radiation energy budget was analyzed using observation data from the Weather Information Service Engine (WISE) energy flux tower on the Seoul metropolitan area. Among observation data from the 13 energy flux towers, we used meteorological variables, radiation data (upward and downward short wave, upward and downward long wave, net short wave, net long wave and net radiation), albedo and emissivity for 15 months from July 2016 to September 2017. Although Gajwa (205) and Ttuksumm (216) sites located in urban, the albedo was relatively high due to the surround environment by glass wall buildings and the Han river around the sites. And Bucheon (209) site located in the suburb represented generally low emissivity. As a result, the albedo decreased and the emissivity increased in the city center. In the Seoul metropolitan area, the net radiation energy is $73.9W/m^2$ that the radiation budget of the surface is absorbed into the atmosphere. According to WISE observation data, it can be seen that observation at each sites are influenced by the surrounding environment.
본 연구는 온돌공간으로 가정한 2차원 밀폐공간에서 단열벽체두께를 변화시켜 표면복사-자연대류 열전달특성에 대해 수치해석방법을 이용하여 고찰하였다. 복사열전달이 동반된 자연대류인 경우, 밑면의 평균Nusselt수는 벽면방사율이 증가함에 따라 증가하고 벽체의 무차원두께가 감소함에 따라 증가되며 순수자연대류인 경우보다 큰 값을 나타낸다. 밑면의 평균Nusselt수는 단열벽체의 두께를 감소시킴에 따라 복사열 전달을 동반하는 자연대류의 대류열전달량이 자연대류의 열전달량보다 다소 작은 값을 나타냈다.
A numerical study has been conducted on the combined radiation-natural convection heat transfer characteristics in a square cavity with a selectively transparent wall. The fluid in the cavity is assumed to be transparent to the thermal radiation. The effect of the wall emissivity is mainly considered in view of the temperature and flow fields. The comparison of the radiative heat flux and conductive heat flux variations along the isothermal wall is presented as well. The results show that the Nusselt number distribution is fairly uniform due to the com-pensative interaction of the radiation and convection heat transfer.
An inverse radiation analysis is presented for the estimation of the wall emissivities for an absorbing, emitting, and scattering media with diffusely emitting and reflecting opaque boundaries. In this study, a repulsive particle swarm optimization(RPSO) algorithm which is a relatively recent heuristic search method is proposed as an effective method for improving the search efficiency for unknown parameters. To verify the performance of the proposed RPSO algorithm, it is compared with a basic particle swarm optimization(PSO) algorithm and a hybrid genetic algorithm(HGA) for the inverse radiation problem with estimating the wall emissivities in a two-dimensional irregular medium when the measured temperatures are given at only four data positions. A finite-volume method is applied to solve the radiative transfer equation of a direct problem to obtain measured temperatures.
The effects of a directionally emitting and reflecting dielectric surface on the wall heat flux and medium temperature distribution are studied. The system is an infinite square duct enclosing an absorbing and emitting medium. The emissivity and reflectivity of opaque and gray wall vary with direction. Combined effect of conductive and radiative heat transfer is analyzed using finite difference and the direct discrete-ordinates method. The parameters under study are conduction to radiation parameter, optical depth, refractive index ratio. The results with directional and diffuse properties deviate each other when the conduction to radiation parameter is less than around 0.01. The wall heat flux differs fur optical thickness less than around 0.1. However, the medium temperature profiles differ for optical thickness greater than around 1. Deviations from diffuse property calculations are larger for hot wall with directional property than cold wall with directional property. As n increases from 1.5, the trend changes are observed fur refractive index ratio about n=6.10
The effects of a specularly reflecting surface on the wall heat flux and medium temperature distribution are studied. The system is an infinite square duct enclosing an absorbing and emitting medium. The walls are opaque, and black or gray. The walls emit diffusely but reflect diffusely or speculary. Heat is transferred by the combined effect of conduction and radiation. The radiative heat transfer is analyzed using direct discrete-ordinates method. The parameters under study are conduction, to radiation parameter, optical depth, wall emissivity, and reflection characteristics. The specular reflection and diffuse reflection show sizeable differences when the conduction to radiation parameter is less than around 0.01. The differences appear only either on the side wall heat flux or on the medium temperature profiles for the range of this study. The differences on the side wall heat flux are observed for optical thickness less than around 0.1 However the differences on the medium temperate profiles are found for optical thickness greater than around 1. The difference increase with increasing reflectance. The specular reflection increases the well heat flux gradient along the side wall.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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