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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.5
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pp.1700-1716
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1996
The two-dimensional, unsteady, laminar conservation equations for mass, momentum, energy and species transport in the gas phase and mass, momentum and energy in the liquid phase are solved simultaneously in spherical coordinates in order to study heating and vaporization of a droplet entrained in the oscillating flow. The numerical solution gives the velocity and temperature distribution in both gas and liquid phase as a function of time. When the gas flow oscillates around an vaporizing droplet, the liquid flow circulates in the clockwise or counterclockwise direction and the temperature distribution in the liquid phase changes its shapes, depending on the gas fow direction. When the gas flow changes its direction of circulating liquid flow is opposite to the gas flow, forming two vortex circulating in the opposite direction. During the heating period, the difference in the maximum and minimum temperature is large, followed by the almost uniform temperature slightly below the boiling temperature. The mass and heat transfer from the droplet depend on the droplet temperature, droplet diameter and the magnitude of relative velocity, giving the droplet lifetime different from the d$^{2}$-law.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.05a
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pp.99-102
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2009
LES(Large eddy simulation) of breakup and atomization of a liquid jet into cross turbulent flow was performed. Two phase flow between a gas phase and a liquid phase was modeled by a mixed numerical scheme of both Eulerian and Lagrangian methods for gas and liquid phases respectively. The first and second breakup of liquid column was observed. The penetration depth in cross flow was comparable with experimental data for several variant of a liquid-gas momentum flux ratio by varying liquid injection velocities. SMD(Sauter Mean Diameter) distribution downstream of jet was analyzed.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.186-191
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2004
The reactive flowfield of the transverse injecting combustor has been studied using Euler-Lagrange method in order to develop an efficient solution procedure for the understanding of liquid spray combustion in the transverse injecting combustor which has been widely used in ramjets and turbojet afterburners. The unsteady two-dimensional gas-phase equations have been represented in Eulerian coordinates and the liquid-phase equations have been formulated in Lagrangian coordinates. The gas-phase equations based on the conservation of mass, momentum, and energy have been supplemented by combustion. The vaporization model takes into account the transient effects associated with the droplet heating and the liquid-phase internal circulation. The droplet trajectories have been determined by the integration of the Lagrangian equation in the flow field obtained from the separate calculation without considering the iterative effect between liquid and gas phases. The reported droplet trajectories had been found to deviate from the initial conical path toward the flow direction in the very end of its lifetime when the droplet size had become small due to evaporation. The integration scheme has been based on the TEACH algorithm for gas-phase equation, the second order Runge-Kutta method for liquid-phase equations and the linear interpolation between the two coordinate systems. The calculation results has shown that the characteristics of the droplet penetration and recirculation have been strongly influenced by the interaction between gas and liquid phases in such a way that most of the vaporization process has been confined to the wake region of the injector, thereby improving the flame stabilization properties of the flowfield.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.11a
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pp.301-306
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1996
To predict the average liquid level under the condition of the countercurrent stratified two-phase flow in a pipe, an analytical model has been suggested. This is made by introducing the interfacial level gradient into the liquid-phase and the gas-phase momentum equations. The analytical method for the gas-phase pressure drop calculation with f$_i$$\neq$ f$_G$ has also been described using the liquid level prediction model developed in the present study.
A high resolution numerical method aimed at solving cavitating flow was proposed and applied to gas-liquid two-phase shock tube problem with arbitrary void fraction. The present method with compressibility effects employs a finite-difference 4th-order Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL TVD scheme. The Jacobian matrix from the inviscid flux of constitute equation is diagonalized analytically and the speed of sound for the two-phase media is derived by eigenvalues. So that the present method is appropriate for the extension of high order upwind schemes based on the characteristic theory. By this method, a Riemann problem for Euler equations of one dimensional shock tube was computed. Numerical results of high speed flow phenomena such as detailed observations of shock and expansion wave propagations through the gas-liquid two-phase media and some data related to computational efficiency are made. Comparisons of predicted results and solutions at isothermal condition are provided and discussed.
Diode laser sensor is conducted to measure the gas temperature in the liquid-gas 2-phase counter flow flame. C$\_$10/H/ sub 22/ and city gas were used as liquid fuel and gas fuel, respectively. Two vibrational overtones of H$_2$O were selected and measurements were carried out in the spray flame region stabilized the above gaseous premixed flame. The path-averaged temperature measurement using diode laser absorption method succeeded in the liquid fuel combustion environment regardless of droplets of wide range diameter. The path-averaged temperature measured in the post flame of liquid-gas 2-phase counter flow flame showed qualitative reliable results. The successful demonstration of time series temperature measurement in the liquid-gas 2-phase counter flow flame gave us motivation of trying to establish the effective control system in practical combustion system. These results demonstrated the ability of real-time feedback from combustor inside using the non-intrusive measurement as well as the possibility of application to practical combustion system. Failure case due to influence of spray flame was also discussed.
Submerged gas-injected system can be applied to various industrial field such as metallurgical and chemical processes, So this study aims at presenting the relevant relationship between gas phase and liquid phase in a gas-injected bath. In a cylinderical bath, local gas volume fraction and bubble frequency were measured by electroconductivity probe and oscilloscope. The temperature of each phase was measured using thermocouple and data acquisition system. In vertical gas injection system, gas-liquid two phase plume was formed, being symmetry to the axial direction of injection nozzle and in a shape of con. Lacal gas-liquid flow becomes irregular around the injection nozzle due to kinetic energy of gas and the flow variables show radical change at the vicinity of gas(air) injection nozzle As most of the kinetic energy of gas was transferred to liquid in this region, liquid started to circulate. In this reason, this region was defined as 'developing flow region' The Bubble was taking a form of churn flow at the vicinity of nozzle. Sometimes smaller bubbles formed by the collapse of bubbles were observed. The gas injected into liquid bath lost its kinetic energy and then was governed by the effect of buoyancy. In this region the bubbles which lost their kinetic energy move upward with relatively uniform velocity and separate. Near the gas nozzle, gas concentration was the highest. But it started to decrease as the axial distance increased, showing a Gaussian distribution.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.23
no.2
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pp.252-258
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1999
As an effective means to convey crushed materials from seabed to on board ship and to raise hazardous or abrasive liquids air-lift pump provides a reliable mechanism due to its simple config-uration and easy-to-operate principle. The present study is focused on fundamental investigation of related performance by the analysis program based on the gas-liquid two-phase flow in circular pipes. The program covers pump operating in isothermal and vertical two-phase flow with Newto-nian liquids. it is summarized as important result that an optimum air mass flow rate exists for the maximum lifted liquid mass flow rate in terms of a given submergence rates and furthermore attachment of downcomer gives little effects on riser performance the conveyed liquid flow rate increases with larger submergence rate.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.11
no.6
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pp.824-834
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1999
Characteristics of two-phase flow and heat transfer were numerically investigated in a submerged gas injection system when temperature of the injected gas was different from that of the liquid. The Eulerian approach was used for both the continuous and dispersed phases. The turbulence in the liquid phase was modeled using the standard $k-\varepsilon$$\varepsilon$ turbulence model. The interphase friction and heat transfer coefficient were calculated from the correlations available in the literature. The turbulent dispersion of the phases was modeled by a "dispersion Prandtl number". In the case with heat transfer where the temperature of the injected gas is higher than the mean liquid temperature, the axial and the radial velocities are lower in comparison with the case of homogeneous temperatures. The results in the present research are of interest in the design and operation of a wide variety of material and chemical processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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