Annular flow refers to a special type of two-phase flow pattern in which liquid flows as a thin film at the periphery of a pipe, tube, or conduit, and gas with relatively high velocity flows at the center of the flow section. This gas also includes dispersed liquid droplets. The liquid film flow rate continuously changes inside the tube due to two processes-entrainment and deposition. To determine the liquid holdup, pressure drop, the onset of dryout, and heat transfer characteristics in annular flow, it is important to have proper knowledge of flow characteristics. Especially a better understanding of entrainment fraction is important for the heat transfer and safe operation of two-phase flow systems operating in an annular two-phase flow regime. Therefore, the objective of this work is to develop a computational model for the simulation of the annular two-phase flow regime and assess the various existing models for the entrainment rate. In this work, Computational Fluid Dynamics (CFD) in ANSYS FLUENT has been applied to determine annular flow characteristics such as liquid film thickness, film velocity, entrainment rate, deposition rate, and entrainment fraction for various gas-liquid flow conditions in a vertical upward tube. The gas core with droplets was simulated using the Discrete Phase Model (DPM) which is based on the Eulerian-Lagrangian approach. The Eulerian Wall Film (EWF) model was utilized to simulate liquid film on the tube wall. Three different models of Entrainment rate were implemented and assessed through user-defined functions (UDF) in ANSYS. Finally, entrainment for fully developed flow was determined and compared with the experimental data available in the literature. From the simulations, it was obtained that the Bertodano correlation performed best in predicting entrainment fraction and the results were within the ±30 % limit when compared to experimental data.
Hyeok-In Kwon;Alberto Conejo;Sung Yong Jung;Sun-Joong Kim
Resources Recycling
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v.32
no.2
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pp.33-42
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2023
Metal emulsions have been studied for several decades as a method of increasing the efficiency of the steelmaking process. This study was performed using a water model, observable at room temperature, to compensate for the disadvantages of the high-temperature experiment, the results of which are difficult to observe visually. As a substitute for metal-in-slag emulsions, experiments were conducted by dropping distilled water into silicone oil and comparing the results with the results of a calculation by momentum balance equations. The descending velocity of the water droplet decreased as the diameter of the droplet and viscosity of the fluid (silicon oil) increased. To simulate the descending velocity of a water droplet in silicon oil under stirring conditions, the flow rate of the fluid (silicon oil) was measured by particle image velocimetry (PIV) methods. The calculation of the descending velocity of the water droplet was in good agreement with the measured values, with and without stirring a viscous silicone oil.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.8
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pp.950-955
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2007
Non-point source control system which had been designed only for oil-water separation in the fields of oil refinery and garage was upgraded in this research for the removal of runoff pollutants in impervious urban area. Pollutants including oil from driveway and bridge were eliminated by two types of pathway in the system. One is the coalescence mechanism that the oil droplets in the runoff come into contact with each other in the spiral buoyant media surface and form larger coalesced droplets of oil that are carried upstream to the oil layer. The other is the precipitation that solids in runoff were settled by gravity in the system. In this research, coalescing characteristics of oil and water separation were investigated through image analyses, and efficiencies of the non-point source control system were evaluated using dust in driveway and waste engine oil. Media made of high density and high molecular weight polyethylene was indeterminate helical shape and had sleek surface by analysing SEM photographs and BET. Surface area and specific gravity of media which were measured directly were 1,428 $mm^2$ and 45.3 $kg/m^3$ respectively. From the image analyses of the oil droplets photographs which were taken by using microscope, it was proved clearly that the coalescence was the main pathway in the removal of oil from the runoff. Finally, the performances of the non-point source control system filled up with the media were suspended solid $86.6\sim95.2%$, $COD_{Cr}$, $87.3\sim95.4%$, n-Hexane extractable materials $71.8\sim94.8%$ respectively.
Kim, Jong-Tae;Park, Ik-Kyu;Cho, Hyung-Kyu;Kim, Kyung Doo;Jeong, Jae-Jun
Journal of computational fluids engineering
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v.13
no.4
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pp.86-95
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2008
For analyses of multi-phase flows in a water-cooled nuclear power plant, a three-dimensional SIMPLE-algorithm based hydrodynamic solver CUPID-S has been developed. As governing equations, it adopts a two-fluid three-field model for the two-phase flows. The three fields represent a continuous liquid, a dispersed droplets, and a vapour field. The governing equations are discretized by a finite volume method on an unstructured grid to handle the geometrical complexity of the nuclear reactors. The phasic momentum equations are coupled and solved with a sparse block Gauss-Seidel matrix solver to increase a numerical stability. The pressure correction equation derived by summing the phasic volume fraction equations is applied on the unstructured mesh in the context of a cell-centered co-located scheme. This paper presents the numerical method and the preliminary results of the calculations.
As a step toward accurate prediction of droplet impingement and ice accretion on aircraft, an Eulerian-based droplet impingement and ice accretion code for air flows around an airfoil containing water droplets is developed. A CFD solver based on the finite volume method was also developed to solve the clean airflow. The finite-volume-based approach for simulating droplet impingement on an airfoil was employed owing to its compatibility with the CFD solver and robustness. For ice accretion module, a simple model based on the control volume is combined with the droplet impingement module that provides the collection efficiency. To validate the present code, it is compared with NASA Glenn IRT (Icing Research Tunnel) experimental data and other well-known icing codes such as LEWICE and FENSAP-ICE. It is shown that the collection efficiency and shape of ice accretion are in good agreement with previous experimental and simulation results.
If a liquid droplet evaporates on a solid substrate, when it completely dries, it leaves a peculiar pattern, which depends on the composition of the liquid. Not only a single component liquid but also complex liquids are studied for a different purpose. In particular, a binary mixture droplet has been widely studied and used for an ink-jet printing technology. In this study, we focus on investigating to visualize the internal flow field of an ethanol-water mixture by varying a concentration ratio between two liquids. We measure the in-plane velocity vector fields and vorticities. We believe that this fundamental study about the internal flow field provides a basic idea to understand the dried pattern of the binary mixture droplet.
The effect of ambient gas (steam) condensation on swirl spray characteristics were studied experimentally for low subcooling condition of the liquid. The configuration of the liquid(water) sheet and the breakup modes were examined. Also variation of the discharge coefficient, breakup length, local and the cross-sectional area-averaged SMD of droplets with the liquid flow(injection) rate were obtained. The perforation breakup mode appears dominant with condensation while the aerodynamic wave breakup mode is dominant without condensation(in the air environment). The discharge coefficient, breakup length and the mean drop sizes decrease in a same manner with increasing of the liquid flow rate for both cases(with and without condensation). The condensation effects are insignificant with the discharge coefficient. However, the local and cross-sectional area-averaged SMD are larger and the breakup length becomes shorter in the steam environment. The spray angle predicted from the volumetric flux distribution along the radial direction of the sprays in the steam environment becomes larger with condensation.
Study on the mechanism of droplet transport and the droplet eddy diffusivity in the intake manifold of internal conbustion engine with carburetor has been carried out in this paper The theory and experiments were studied and performed respectively, to elucidate the mechanism and to measure typical rates of deposition, on the walls of a straight type intake manifold, of water droplets suspended in a turbulent air streams. Accordingly, the results are that Mechanism of a spray transport to the walls is caused by the fluctuation component of radial velocity. Deposition rate of a spray on the walls is mainly dependent upon air velocity and mean diameter of spray, and Droplet eddy diffusivity in the intake manifold is around $80\sim105cm^2/sec$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.1
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pp.99-112
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1997
Mixing process of impinging jets of liquid oxidizer and liquid fuel is simulated by using water and sodium carbonate (Na$_{2}$CO$_{3}$) solution. The shapes of liquid sheets are visualized and flowrate distributions are measured by collecting droplets using measuring cells. Mixing charateristics are studied by using acid-base titration. Stable liquid sheets are formed and two liquid jets are well mixed for symmetric impinging jets. Similarity in flowrate distribution for various measuring heights is observed. For asymmetric impinging jets, liquid sheets become unstable as the difference in the velocities of jets increases. In some extreme cases, liquid sheets are not formed and the jets are separated. Dimensionless variables are adopted demonstrating similarly in flowrate distribution. Mixing characteristics vary significantly with experiment conditions.
The spraying status of the electrostatic sprayer was evaluated by processing surface spraying images of the natural leaves. Water solution of the fluorescent material was used as a spray medium. The image of the lights reflected by fluorescent droplets was captured under UV light using a color CCD camera. Coverage rate, particle density, and the size distribution of particles were analyzed from the surface images of leaves under various spraying conditions such as spraying nozzle angle and object distance. Spraying characteristics of the electrostatic sprayer was evaluated in comparison with the conventional one. In a case of electrostatic sprayer, coverage rate and particle density increased by the average of 1.57times and 1.01times respectively under various nozzle angles and distances. The number of particle under the diameter of 50 ${\mu}{\textrm}{m}$ also increased significantly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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