Three-dimensional flow phenomena in a wire-wrapped 37-pin fuel assembly mock-up of a Japanese loop-type sodium-cooled fast reactor, Monju, were investigated with a numerical analysis using a general-purpose commercial computational fluid dynamics code, CFX. Complicated and vortical flow phenomena in the wire-wrapped 37-pin fuel assembly were captured by a Reynolds-averaged Navier-Stokes flow simulation using a shear stress transport turbulence model. The main purpose of the current study is to understand the three-dimensional complex flow phenomena in a wire-wrapped fuel assembly to support the license issue for the core design. Computational fluid dynamics results show good agreement with friction factor correlation models. The secondary flow in the corner and edge subchannels is much stronger than that in an interior subchannel. The axial velocity averaged in the corner and edge subchannels is higher than that averaged in the interior subchannels. Three-dimensional multiscale vortex structures start to be formed by an interaction between secondary flows around each wire-wrapped pin. Behavior of the large-scale vortex structures in the corner and edge subchannels is closely related to the relative position between the hexagonal duct wall and the helically wrapped wire spacer. The small-scale vortex is axially developed in the interior subchannels. Furthermore, a driving force on each wire spacer surface is closely related to the relative position between the hexagonal duct wall and the wire spacer.
The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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v.17
no.4
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pp.418-425
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1988
Since conventional computer program is workable only with velocity boundary condition, in practical fluid passage such as clean room which usually have wide inlets and outlets, it is not easy to measure velocity itself because of its vector property. Furthermore a certain assumption of velocity at boundaries may lead to physically unreasonable results. From this motivation, we have developed a computer program to predict whole flow field imposed on pressure-based boundary condition which can be measured by relatively simple method. The only additional velocity boundary condition that should be imposed on to make the problem unique, are no slip condition at all walls and zero cross stream velocity at inlet. The result of present study was compared with that by Bernoulli equation being used practically. They were coincident well each other within 5%, therefore the validity of the present method is proved. In the present work, the flow field in a clean room subject to pressure-based boundary conditions at an inlet and two exits was predicted numerically. The pressure difference between the inlet and the left exit which keeps relatively low pressure among two exits is fixed as 150[Pa] and the pressure at the right exit is varied from zero to 150[Pa] by the increment of 25[Pa]. For each cases the flow characteristics in the clean room, the velocity profile at the inlet, and the flow rate through the two exits was predicted. The flow rate through the right exit imposed on relatively higher pressure than the left exit decreased linearly according to the increase of pressure of the right exit. When the pressure of the right exit is increased enough to cause back flow at the exit, the flow rate is rapidly decreased.
This study investigates a design optimization of a rotating two-pass rectangular cooling channel with staggered arrays of pin-fins. The radial basis neural network method is used as an optimization technique with Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis of fluid flow and heat transfer with shear stress transport turbulent model. The ratio of the diameter to height of the pin-fins and the ratio of the streamwise spacing between the pin-fins to height of the pin-fin are selected as design variables. The optimization problem has been defined as a minimization of the objective function, which is defined as a linear combination of heat transfer related term and friction loss related term with a weighting factor. Results are presented for streamlines, velocity vector fields, and contours of Nusselt numbers, friction coefficients, and turbulent kinetic energy. These results show how fluid flow in a two-pass square cooling channel evolves a converted secondary flows due to Coriolis force, staggered arrays of pin-fins, and a $180^{\circ}$ turn region. These results describe how the fluid flow affects surface heat transfer. The Coriolis force induces heat transfer discrepancy between leading and trailing surfaces, having higher Nusselt number on the leading surface in the second pass while having lower Nusselt number on the trailing surface. Dean vortices generated in $180^{\circ}$ turn region augment heat transfer in the turning region and in the upstream region of the second pass. As the result of optimization, in comparison with the reference geometry, thermal performance of the optimum geometry shows the improvement by 30.5%. Through the optimization, the diameter of pin-fin increased by 14.9% and the streamwise distance between pin-fins increased by 32.1%. And, the value of objective function decreased by 18.1%.
In order to develop better method to enhance and control the flow and heat transfer inside the radiator of electronic device, the synergistic effect of MHD nanofluids and porous medium on the flow and heat transfer in rectangular opened channel is simulated using Lattice Boltzmann method. Three nanofluids of CuO-water, Al2O3-water and Fe3O4-water are studied to analyze the influence of the type of nanofluid on the synergistic effect. The simulation results show that the porous medium can increase the flow velocity in fluid zone adjacent to the porous medium and enhance the heat transfer on the surface of the channel. Under no magnetic field, when the porosity of porous medium is 0.8, the Nusselt number is 4.46% higher than when the porosity is 0.9. Al2O3-water has the best heat transfer effect among the three nanofluids. At Ф=0.06, Ha=100, θ=90°, ε=0.9, Nu of Al2O3-water is 6.51% larger than that of CuO-water and 5.05% larger than that of Fe3O4-water. Magnetic field enhances seepage in porous medium and inhibits heat transfer in the bottom wall. When Ha=30 and 60, the inhibiting effect is the most significant as the magnetic field angle is 90°. And when Ha=100, the inhibiting effect is the most significant as the magnetic field angle is 120°.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2006.05a
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pp.1636-1640
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2006
SMAC method, one of the computational fluid dynamics techniques, is modified from the original MAC method for the time-dependent variation of flow analysis. The Navier-Stokes equations for incompressible time-dependent viscous flow are applied, and also marker particles that present the visualization of flow analysis are used. In this study SMAC technique is used to analyze the flow behavior in the water-filling of virtual channel. Then by changes of diameter of two ingates, the change of velocity and discharge when two ingates are filled the water to virtual channel are simulated. As a result, water-filling flow pattern in the virtual channel is simulated very well. Therefore, this numerical simulation will also be applied for the design of structures as open flume and porous breakwater.
The flow at the impeller exit is important to validate engineering design and numerical analysis of pumps. We installed axisymmetric collector instead of the volute casing, so there is no interaction between the impeller and casing. A hot-film probe and a high response pressure transducer are used to investigate the flow at impeller exit and vaneless diffuser region for design and off design flow rate. For a single suction centrifugal pump of low specific speed, the flow field such as velocity, flow angle, and total pressure are measured by traversing the probe across the vaneless diffuser. These data can be used for performance prediction, design, and numerical analysis of pumps.
The turbulent flow around a sphere was investigated using two experimental techniques: smoke-wire flow visualization in wind tunnel at Re=5300, 11000 and PIV measurements in a circulating water channel. The smoke-wire visualization shows flow separation points near an azimuthal angle of $90^{\circ}$, recirculating flow, transition from laminar to turbulent shear layer, evolving vortex roll-up and fully turbulent eddies in the sphere wake. The mean velocity field measured using a PIV technique in x-y center plane demonstrates the detailed near-wake structure such as nearly symmetric recirculation region, two toroidal vortices, laminar separation, transition and turbulent eddies. The PIV measurements of turbulent wake in y-z planes show that a recirculating vortex pair dominates the near-wake region.
The governing equations for high-speed lateral atomizing injector nozzle flow based on the LES-VOF model in conjunction with the CSF model are presented, and then an integrated parallel computation are performed to clarify the detailed atomization process of a high speed nozzle flow and to acquire data which is difficult to confirm by experiment such as atomization length, liquid core shapes, droplets size distributions, spray angle and droplets velocity profiles. According to the present analysis, it is found that the atomization rate and the droplets-gas two-phase flow characteristics are controlled by the turbulence perturbation upstream of the injector nozzle, hydrodynamic instabilities at the gas-liquid interface, shear stresses between liquid core and periphery of the jet. Furthermore, stable and a high-resolution computation can be attained in the high density ratio (pl/ pg = 554) conditions conditions by using our numerical method.
The effect of external recycle on the performance of dialysis in countercurrent-flow rectangular membrane modules was investigated both theoretically and experimentally. Theoretical analysis of mass transfer in parallel-flow device with and without recycle is analogous to heat transfer in parallel-flow heat exchangers. Experiments were carried out with the use of a microporous membrane to dialyze urea aqueous solution by pure water. In contrast to a device with recycle, improvement in mass transfer is achievable if parallel-flow dialysis is operated in a device of same size with recycle which provides the increase of fluid velocity, resulting in reduction of mass-transfer resistance, especially for rather low feed volume rate.
Experiment and numerical investigation are performed on swirling water flow in a vertical circular tube. This kind of flow is used in heat exchangers, combustion chambers, thermal power plants, and other mechanical equipment to move slurries or to convey materials. However, limited information on swirling flow in vertical circular tubes is available. In the current paper, the three-dimensional particle image velocimetry(PIV) technique is employed to compare the measured velocity profiles of water along the vertical circular tube with those of non-swirl flow. In addition, computational fluid dynamics(CFD) code was applied to calculation of the flow velocities with swirl.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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