Selection of flow channel in the separation plate of PEMFC is very important parameter to improve its performance and reduce parasite loss. Flow patterns in the channel have great influence on the transport of hydrogen and air and removal of water generated from electrochemical reaction in diffusion layer. In this study. fluid flow in flow channel with parallel and interdigitated patterns are simulated three dimensionally on full flow domain including anode and cathode channel together. The numerical results show that the fuel cell with interdigitated flow channel represents better performance than that with parallel flow channel due to its strong convective transport across the gas diffusion layer. But the pressure drop in parallel flow channel is much more than that in interdigitated flow channel. And effects of temperature and stoichiometric number on performance can be calculated and analyzed as well. Nomenclature.
In this study, visualization of in-cylinder spray behavior and spark channel stretching by air flow characteristics depending on engine operating conditions were investigated. For in-cylinder spray behavior, increase in engine rpm did not alter the counter-clockwise air flow direction and location of in-cylinder dominant air flow but increased average air flow velocity, which hindered spray propagation parallel to the piston surface. When injection timing was retarded, direction of in-cylinder dominant air flow was changed, and average air flow velocity was reduced resulting in an increase in spray penetration length and change in direction. For spark channel stretching, increase in air flow speed did not affect spark channel stretch direction but affected length due to increase in spark channel resistance and limitation of energy ignition coil can handle. Change in air flow direction affected spark channel stretch direction where the air flow was obstructed by ground electrode which caused spark channel direction to occur in the opposing direction of air flow. It also affected spark channel stretch length due to change in air flow speed around the spark plug electrode from the interaction between the air flow and ground electrode.
Selection of flow channel in the separation plate of PEMFC is very important parameter to improve its performance and reduce parasite loss. Flow patterns in the channel have great influence on the transport of hydrogen and all and water generated from electrochemical reaction in diffusion layer In this study, fluid flow in flow channel with parallel and interdigitated patterns are simulated three dimensionally on full flow domain including anode and cathode electrode together. The numerical results show that the fuel cell with interdigitated flow channel represents better performance than that with parallel flow channel due to its strong convective transport across the gas diffusion layer. But the pressure drop in parallel flow channel is much more than that in nterdigitated flow channel. The effect of temperature and stoichiometric number on performance can be calculated and analyzed as well.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.8
no.1
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pp.101-108
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2002
This experimental study was performed to investigate internal flow and unsteady flow characteristics using a model for actual shape of a Plate heat exchanger and visualization of flow through the particle image velocimetry. Seven Reynolds numbers were selected by calculation with the height of grooved channel and sectional mean velocity of inlet flow in the experiment, and instantaneous velocity distributions and flow characteristics were experimently investigated. The triangular grooved channel had a compound flow consisting of the flow in lower channel and the groove flow receiving shear stress by the channel flow in the experiment. The sheared mixing layer, in the boundary between the triangular groove and the channel. affected main flow to raise turbulent in the channel.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.1
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pp.86-95
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1986
A study on film water flow on steep open channel has been seldom found up to date. Therefore, this paper dealed with the depth variation of film thickness of water (city supply normal water) flowing on steep open channel. For this purpose, Experimental apparatus (made of a normal glass with 160cm of length and 15cm of width) was made and the depths of the water flowing on the channel were measured experimentally, changing the channel slope angle from 30 to 80 degree (5 steps) and the flow rate from 0.25 to 10CPM (11 steps). The results obtained, some characteristics of the film flow on the channel are as follows. (1) When thin film water flowed on steep open channel, the depths of flow tended to increase after decreasing and was kept nearly constant in its downstream in case of laminar and transitional flow region. The turining point of the depths of flow from decrease to increase tended to move downward with the increase of Reynolds number. In turbulent flow region, the depths of flow showed reapid decrease in its upper stream, gradual decrease in its midstream and were kept nearly constant in its downstream. (2) While the differences between the depths of flow along the channel slope got small in its upper stream and got large in its downstream in case of laminar flow region, they got very large in its upper stream and were kept nearly constant in its downstream in case of transitional and turbulent flow region. And the move flow rate increases, the more the differences between the depths of flow along the channel slope got large in its upper stream.
Flow visualization of a droplet passing through a straight channel and a diverging channel has been carried out using micro-PIV. Diverging channel is frequently used in lab-on-a-chip and microfluidic devices, where flow pattern inside the droplet passing is quite different from that through a straight channel. In the present study, we visualized the droplet flow in three different regions. The first region is where the droplet has a wide contact area with the channel wall, the second region is characterized with a narrow contact area and the third region is where droplet is detached from the channel wall. Visualization results show that the internal flow inside the droplet passing through the straight channel moves in the opposite direction to the droplet velocity in the near wall exhibiting complex flow patterns. But in the diverging channel the internal flow inside the droplet moves in the same direction as the droplet velocity due to the shear induced by oil phase flow exhibiting rather simple flow pattern.
A parametric study has been carried out to elucidate the characteristics of channel flow with a streamwise-periodic array of cylinders. This flow configuration is relevant to heat exchanger applications. The presence of cylinders in channel flow causes the attached wall boundary layer to separate, leading to significant change in flow instabilities. There exist two kinds of instabilities; flow undergoes a primary instability (Hopf bifurcation) at a lower Reynolds number, and the unsteady two-dimensional flow becomes unstable to three-dimensional disturbances at a higher Reynolds number. We report here the dependencies of the primary instability as well as the flow characteristics of the subsequent unsteady flow, including flow-induced forces and Strouhal number of vortex shedding, on the distance between the cylinder and the channel wall.
Sinusoidal wavy channel is one of the most commonly used devices in the industry for achieving mixing and heat transfer. Here we report on results obtained from the DNS of flow inside the wavy channel performed using the finite volume technique. As a primary stage to obtain the optimal design for heat transfer and mixing, this study observed the basic flow structures in a wavy channel. The mass flow rate is kept constant with friction Reynolds number of $Re_{\tau}$ = 140 . Time- and space-averaged and instantaneous flow fields are illustrated to observe the flow structures. Although the direct comparison of results between turbulent wavy and flat channel is somehow difficult due to the different flow phenomena derived from different configuration, here the mean streamwise velocity and RMS of velocities at same $Re_{\tau}$ of two different channels are compared. The basic difference between wavy and flat channel flow is the existence of small scale wall vortices along the walls in a wavy channel. These vortices make flow more complex, which will accompany the increase of heat transfer, pressure drop and drag.
This article gives an overview of a recently developed channel system, frit-inlet asymmetrical flow field-flow fractionation (FI-AFlFFF), which can be applied for the separation of nanoparticles, proteins, and water soluble polymers. A conventiona l asymmetrical flow FFF channel has been modified into a frit-inlet asymmetrical type by introducing a small inlet frit near the injection point and the system operation of the FI-AFlFFF channel can be made with a great convenience. Since sample components injected into the FI-AFlFFF channel are hydrodynamically relaxed, sample injection and separation processes proceed without interruption of the migration flow. Therefore in FI-AFlFFF, there is no requirement for a valve operation to switch the direction of the migration flow that is normally achieved during the focusing/relaxation process in a conventional asymmetrical channel. In this report, principles of the hydrodynamic relaxation in FI-AFlFFF channel are described with equations to predict the retention time and to calculate the complicated flow variations in the developed channel. The retention and resolving power of FI-AFlFFF system are demonstrated with standard nanospheres and protreins. An attempt to elucidate the capability of FI-AFlFFF system for the separation and size characterization of nanoparticles is made with a fumed silica particle sample. In FI-AFlFFF, field programming can be easily applied to improve separation speed and resolution for a highly retaining component (very large MW) by using flow circulation method. Programmed FI-AFlFFF separations are demonstrated with polystyrene sulfonate standards and pululans and the dynamic separation range of molecular weight is successfully expanded.
Kim, Hyun-Il;Nam, Jin-Hyun;Shin, Dong-Hoon;Chung, Tae-Yong;Kim, Young-Gyu
New & Renewable Energy
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v.3
no.4
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pp.8-15
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2007
Liquid water in flow channel is an important factor that limits the steady and transient performance of PEM fuel cells. A computational fluid dynamics study based on the volume-of-fluid [VOF] multi-phase model was conducted to understand the two-phase flow behavior of liquid water in cathode gas channels. The liquid water transport in $180^{\circ}{\Delta}$ bends was investigated, where the effects of surface characteristics (hydrophilic and hydrophobic surfaces], channel geometries (rectangular and chamfered corners], and air velocity in channel were discussed. The two-phase flow behavior of liquid water with hydrophilic channel surface and that with hydrophobic surface was found very different; liquid water preferentially flows along the corners of flow channel in hydrophilic channels while it flows in rather spherical shape in hydrophobic channels. The results showed that liquid water transport was generally enhanced when hydrophobic channel with rounded corners was used. However, the surface characteristics and channel geometries became less important when air velocity was increased over 10m/s. This study is believed to provide a useful guideline for design optimization of flow patterns or channel configurations of PEM fuel cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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