This paper is a study on the thermal design of printed circuit heat exchanger (PCHE) to supply cryogenic high pressure liquid hydrogen stored from hydrogen liquefaction process by using computational fluid dynamics (CFD). This PCHE should be thermally designed to raise the temperature of cryogenic liquid hydrogen to a desired temperature and also to be anti-icing to avoid any local freezing in hot channel. This research presents the effect of inlet velocity and inlet temperature of hydrogen, and the effect of flow configurations of co/counter-flow on thermal design of PCHE heat exchanger based on various CFD simulation analysis.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2016.05a
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pp.386-390
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2016
Water aeration is an effective water treatment process, which involves the injection of air or air-water mixture into water treatment reservoir commonly through pipes. The main purpose of water aeration is to maintain healthy levels of dissolved oxygen (DO), which is the most important water quality factor. The pipes' operating conditions are important for controlling the efficiency and effectiveness of aeration process. Many studies have been conducted on two-phase flows in pipes, however, there are a few studies to deal with small s ale in millimeter. The main objective of this study is to perform 2-dimensional two-phase simulations inside various straight pipes using the computational fluid dynamic (CFD) OpenFOAM (Open source Field Operation And Manipulation) tools to examine the influence of flow patterns on bubble size, which is closely related to DO concentration in a water body. The both flow regimes, laminar and turbulence, have been considered in this study. For turbulence, Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) has been applied. The coalescence and breakage of bubbles caused by random collisions and turbulent eddies, respectively, are considered in this research. Sauter mean bubble diameter and water velocity are compared against experimental data. The simulation results are in good agreement with the experimental measurements.
Printed circuit heat exchanger (PCHE) is a compact heat exchanger with good heat transfer performance, high structure integrity, and reliability over a wide range of temperatures and pressures. Instead of the traditional zigzag and straight shape channel, the sinusoidal shape channel was adopted in this study to investigate the relation of thermal-hydraulic performance and waviness factors (period and amplitude). The local flow characteristics and the heat flux distribution were compared to verify the effects of period and amplitude on heat transfer performance. As the period of channel becomes shorter, the rapid change of the flow direction can produce high flow separation around the corner leading to the disturbance of the boundary layer opposite wall. The nonuniform distribution of flow velocity appeared around the corner positions can promote fluid mixing and lead to higher thermal performance. An evaluation index was used to compare the comprehensive performance of PCHE considering the Nusselt number and Fanning factor. Based on the simulation results, the optimal design parameters of PCHE channel shape were found that the channel with an equivalent bending angle of 15° offers the highest heat flux capacity.
Seo, Min Kyo;Kim, Do Hun;Seo, Chan Woo;Lee, Seoung Youn;Jang, Seok Pil;Koo, Jaye
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.8
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pp.759-765
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2013
This study proposes the characteristics of the pressure drop in a compressible fluid through porous media for application to a porous injector in a liquid rocket engine in order to improve the uniformity of the drop size distribution and the mixing performance of shear coaxial injectors. The fluid through the porous media is a Non-Darcy flow that shows a Nonlinear relation between the pressure drop and the velocity at high speed and high mass flow rate. The pressure drop of the Non-Darcy flow can be derived using the Forchheimer equation that includes the losses of viscous and inertia resistance. The permeability and Ergun coefficient represented as a function of the pressure drop and pore size can be applied to the porous injector, where the fluid through the porous media is compressible. A generalized correlation between the pressure drop in relation to the pore size was derived.
This study relates to a device that increases efficiency by reducing air bubbles in a hydraulic system used in hydraulic machinery. The reverse design and product production of the bubble reduction device, which is a commercial product overseas, was carried out. Overseas commercial products were set as the base model, a rotary rotor and an inclined rotor were added to increase the surface area of the fluid, and an annular equal distribution part with a slot in the lower part was additionally applied to distribute the fluid evenly. In addition, internal flow trends were analyzed and a system that evenly distributes the linear flow of fluid was selected as the first improvement model. Based on the first improvement model, a case where the angle of the inclined rotor is 45° was selected as the second improvement model. Based on this, as a result of setting the exit width of the annular equally distributed part as a variable, the bubble reduction efficiency was highest when the lower slot diameter of the annular part was 10mm. Finally, the system in which the average cross-sectional flow velocity decreased by 147% compared to the Base Model was derived as the final improved model.
Most of the previous works on numerical analysis of galloping of transmission lines are generally based on the quasisteady theory. However, some wind tunnel tests of the rectangular section or hangers of suspension bridges have shown that the galloping phenomenon has a strong unsteady characteristic and the test results are quite different from the quasi-steady calculation results. Therefore, it is necessary to check the applicability of the quasi-static theory in galloping analysis of the ice-covered transmission line. Although some limited unsteady simulation researches have been conducted on the variation of parameters such as aerodynamic damping, aerodynamic coefficients with wind speed or wind attack angle, there is a need to investigate the numerical simulation of unsteady galloping of two-dimensional iced transmission line with comparison to wind tunnel test results. In this paper, it is proposed to conduct a two dimensional (2-D) unsteady numerical analysis of ice-covered transmission line galloping. First, wind tunnel tests of a typical crescent-shapes iced conductor are conducted firstly to check the subsequent quasisteady and unsteady numerical analysis results. Then, a numerical simulation model consistent with the aeroelastic model in the wind tunnel test is established. The weak coupling methodology is used to consider the fluid-structure interaction in investigating a two-dimension numerical simulation of unsteady galloping of the iced conductor. First, the flow field is simulated to obtain the pressure and velocity distribution of the flow field. The fluid action on the iced conduct at the coupling interface is treated as an external load to the conductor. Then, the movement of the conduct is analyzed separately. The software ANSYS FLUENT is employed and redeveloped to numerically analyze the model responses based on fluid-structure interaction theory. The numerical simulation results of unsteady galloping of the iced conduct are compared with the measured responses of wind tunnel tests and the numerical results by the conventional quasi-steady theory, respectively.
The present study examined the free surface flow of a liquid sheet near a sprinkler head using a Computational Fluid Dynamics (CFD) model and considered the feasibility of the empirical model for predicting the initial spray characteristics of the sprinkler head through a comparison of the CFD results. The CFD calculation for a simplified sprinkler geometry considering the nozzle and deflector were performed using the commercially available CFD package, CFX 14.0 with the standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model and theVolume of Fluid (VOF) method. The predicted velocity of the empirical model at the edge of deflector were in good agreement with that of the CFD model for the flat plate region but there was a certain discrepancy between the two models for the complex geometry region. The mean droplet diameter predicted by the empirical model differed significantly from the measured value of the real sprinkler head. On the other hand, the empirical model can be used to understand the mechanism of droplet formation near the sprinkler head and predict the initial spray characteristics for cases without experimental data.
Using the CFD method, the pressure drop in 6 cyclone dust collectors of different shape were calculated. And the results were compared with results of the conventional theories. Equations of Shepherd and Lapple (1939, 1940), First (1950), Alexander (1949), Stairmand (1949), Barth (1956) were used in the theoretical calculation. In CFD calculations, we used standard k-epsilon model for analysis of turbulent flow, fluid is $25^{\circ}C$ air, the velocity at inlet is 10 m/s and the temperature is $25^{\circ}C$. In CFD analysis results, the pressure distributions along the flow showed similar patterns in different cyclone shapes. But the pressure drop distributions estimated on the conventional theories had big difference in different cyclone shapes. Only First's theory and CFD analysis showed similar results.
Rotating right cylinder of rigid sloping boundaries(top-bottom) is filled with two-layered fluid. External fluid which has the same density as the lower-layer is pumped through the rim boundary at the bottom, and this induces uniform vertical velocity in the interior that produces the Sverdrup type motion such as southward flowing western boundary current with northward interior horizontal motion. The rigid sloping upper boundary meets with lower layer to simulate so called "polar front", and the upper-layer motion influenced by the lower-layer flow has been observed. Barotropic motion in the western part of the basin while baroclinic motion in the eastern half is always present. In particular, both southward flowing eastern boundary flow and western boundary flow meets near the western wall and it induces northward western boundary flow to separate from the boundary With increased ${\beta}$-effect on the upper0layer the width of western boundary decreases and the separated western boundary flow moves into the interior to form an eddy-like motion. Baroclinic Rosebay wave clearly observed in the easter boundary slowly propagates to the west but it seems to be decayed before travelling to the western boundary. A local topograpic effect imposed on the lower-layer causes very sensitive response of upper layer boundary flows. In the east standing0wave0like features are observed in the west whereas the width of the boundary increases without any evidence of the separation of the western boundary flow.This may be due to the gact that even the lower-lauer barotropic motion feels the topography its influence does not propagate into the upper-layer. With large ${\beta}$-effect on the upper-layer,relatively large scale waves whose wavelengths are greater than the internal radius deformation exist in the interior.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.25
no.7
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pp.961-967
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2019
This research presents an efficient method based on computational fluid dynamics (CFD) for estimating the resistance performance of a ship with a large settlement amount and a dynamic trim. The settlement of the inviscid flow analysis and the results of dynamic trim were used to set a large attitude for the ship prior to performing a viscous flow analysis; a viscous flow analysis was subsequently performed by Dynamic Fluid Body Interaction (DFBI). This method is termed as method I, in which a simple grating system can be used without employing the overset mesh technique by setting many attitudes before interpretation. Thus, method I is advantageous in reducing calculation time and improving calculation accuracy. The viscous flow analysis was performed using a commercial CFD code STAR-CCM+. Compared with the final convergence result, the first viscous flow analysis result of method I exhibited a variation of less than 1 % of resistance. The result was obtained by changing the gratings each time an attitude is changed at each calculation stage, based on the DFBI method provided to STAR-CCM+ using a simple grating system, which is not a superposed grating. This method is termed as method II. Compared with method II of resistance, method I exhibited a dif erence of 0.03-0.6 % for linear velocity. The results of method I were confirmed to be qualitatively and quantitatively appropriate through comparison with several trillion simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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