• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권9호
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• pp.3540-3550
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• 2022

The supercritical carbon dioxide (S-CO₂) Brayton cycle is an important energy conversion technology for the fourth generation of nuclear energy. Since the printed circuit heat exchanger (PCHE) used in the S-CO₂ Brayton cycle has narrow channels, Rayleigh-Bénard (RB) convection is likely to exist in the tiny channels. However, there are very few studies on RB convection in supercritical fluids. Current research on RB convection mainly focuses on conventional fluids such as water and air that meet the Boussinesq assumption. It is necessary to study non-Boussinesq fluids. PRB convection refers to RB convection that is affected by horizontal incoming flow. In this paper, the computational fluid dynamics simulation method is used to study the PRB convection phenomenon of non-Boussinesq fluid-supercritical carbon dioxide. The result shows that the inlet Reynolds number (Re) of the horizontal incoming flow significantly affects the PRB convection. When the inlet Re remains unchanged, with the increase of Rayleigh number (Ra), the steady-state convective pattern of the fluid layer is shown in order: horizontal flow, local traveling wave, traveling wave convection. If Ra remains unchanged, as the inlet Re increases, three convection patterns of traveling wave convection, local traveling wave, and horizontal flow will appear in sequence. To characterize the relationship between traveling wave convection and horizontal incoming flow, this paper proposes the relationship between critical Reynolds number and relative Rayleigh number (r).

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2011년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.1017-1018
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• 2011

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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• pp.286-288
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• 2003

The physical model considered here is a horizontal layer of fluid heated below and cooled above with a periodic array of evenly spaced square cylinders placed at the center of the layer, whose aspect ratio here varies from unity to six. Periodic boundary condition is employed along the horizontal direction to allow for lateral freedom for the convection cells. Two-dimensional solution for unsteady natural convection is obtained using an accurate and efficient Chebyshev spectral multi-domain methodology for a given Rayleigh numbers of $10^6$

• 대한기계학회논문집B
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• 제26권8호
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• pp.1172-1182
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• 2002

In the present study a general criterion for local thermal equilibrium is presented in terms of parameters of engineering importance which include the Darcy number, the effective Prandtl number of fluid, and the Reynolds number. For this, an order of magnitude analysis is performed for the case when the effect of convection heat transfer is dominant in a porous structure. The criterion proposed in this study is more general than the previous criterion suggested by Carbonell and Whitaker, because the latter is applicable only when conduction is the dominant heat transfer mode in a porous medium while the former can be applied even when convection heat transfer prevails. In order to check the validity of the proposed criterion for local thermal equilibrium, the forced convection phenomena in a porous medium with a microchanneled structure subject to an impinging jet are studied using a similarity transformation. The proposed criterion is also validated with the existing experimental and numerical results for convection heat transfer in various porous materials that include some of the parameters used in the criterion such as a microchannel heat sink with a parallel flow, a packed bed, a cellular ceramic, and a sintered metal. It is shown that the criterion presented in this work well-predicts the validity of the assumption of local thermal equilibrium in a porous medium.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권1호
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• pp.43-51
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• 2011

수평관 외부에서 발생하는 자연대류 열전달 현상을 실험적으로 연구하였다. 연구의 목적은 구리 도금계를 채택한 유사성실험방법론이 적용가능한지 확인하는 것과 수평관의 지름과 각도에 따라 달라지는 국부열전달을 시각화하는 것이었다. 구리의 전기도금계를 사용하면 양극에서 생성된 구리이온은 대류와 확산을 통하여 음극으로 이동되어 환원되는데 이는 열전달을 모사하게 된다. 구리와 색깔이 다른 알루미늄을 음극으로 채택함으로써 각도에 따라 환원되어 석출된 구리의 양을 시각화 할 수 있었다. 수평관의 직경은 0.01m에서 0.15m이었고 이는 $Ra_D\;=\;1.73{\times}10^7\;{\sim}\;5.69{\times}10^{11}$에 해당한다. 실험결과는 기존에 알려진 열전달 상관식과 일치하였다. 알루미늄 음극에 도금된 구리의 패턴은 Kitamura에 의해 액체결정온도측정법으로 시각화한 결과와 매우 잘 일치 하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제29권11호
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• pp.1265-1276
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• 2005

The elliptic conceptual second moment models for turbulent heat fluxes, which are proposed on the basis of elliptic-blending and elliptic-relaxation equations, are applied to calculate the combined forced and natural turbulent convection in a vertical plane channel. The models satisfy the near-wall balance between viscous diffusion, viscous dissipation and temperature-pressure gradient correlation, and also have the characteristics of approaching its respective conventional high Reynolds number model far away from the wall. Also the models are closely linked to the elliptic blending model which is used for the prediction of Reynolds stress. In order to calibrate the heat flux models, firstly, the distributions of mean temperature and scala flux in fully developed channel flow with constant wall difference temperature are solved by the present models. The buoyancy effect on the turbulent characteristics including the mean velocity and temperature, the Reynolds stress tensor, and the turbulent heat flux vector are examined. In the opposing flow, the turbulent transport is greatly enhanced with both the Reynolds stresses and the turbulent heat fluxes being remarkably increased; whereas, in the aiding flow, the opposite change is observed. The results of prediction are directly compared to the DNS to assess the performance of the model predictions and show that the behaviors of the turbulent heat transfer in the whole flow region are well captured by the present models.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권8호
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• pp.2997-3009
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• 2023

The Passive containment Air-cooling System (PAS) can effectively remove the decay heat of the modular small nuclear reactor after an accident. The details of natural convection around the dome, which is a key part of PAS, were investigated numerically in the present study. The thermal dynamics around the dome were studied through the temperature, pressure and velocity contours and the streamlines. Additionally, the formation of the buoyant plume at the top of the dome was investigated. The results show that with the increase of Ra, the lift-off point moves toward the bottom of the dome, and the eddy under the buoyant plume grows larger gradually, which enhances the heat transfer. And the heat transfer along the dome surface with different truncation angles was investigated. As the angle increases, the heat transfer coefficient becomes stronger as well. Consequently, a newly developed heat transfer correlation considering the influence of truncation angle for the dome is proposed based on the simulated results. This study could provide a better understanding of natural convection around the dome of PAS and the proposed correlation could also offer more predictive value in the improvement of nuclear safety.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.35-47
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• 2017

지반의 열적 거동은 대부분 열전도에 국한되어 연구가 진행되었으며, 자연대류 현상에 대한 연구는 매우 미비한 실정이다. 지반의 온도증가는 간극수의 밀도변화에 따른 부력을 유발하여 자연대류를 발생시키게 된다. 유체역학 관점에서 다공질 재료내의 자연대류 해석의 제약조건에 대하여 논의하고, 거시적 관점에서 완전 결합된 열-수리-역학적인 지배방정식을 이용한 대류현상에 대한 수치해석 기법을 제시하였다. 실내 열전도도 측정을 위한 탐침기 실험에 대한 수치실험은 자연대류를 무시하고 평가된 열전도도의 불확실성에 대하여 논의하고, 모델식과의 오류를 최소화하기 위한 적정한 실험조건을 제시하였다. 해저 전력선의 매설은 해저면 0.2m 깊이에서의 온도상승을 $2^{\circ}C$로 제한하고 있으나, 투수성이 큰 지반재료에 대한 수치해석결과는 기준온도를 초과하는 것으로 나타났다. 해저면의 온도와 열-수리-역학적 물성은 전력선의 매설설계에 중요한 설계인자이며 자연대류의 영향을 고려하여야 한다. 특히, 큰 투수성을 갖는 지반내에 열원이 존재하는 경우, 간극수의 밀도변화에 따른 자연대류가 중요한 열전달의 인자가 되므로 이를 고려한 해석을 수행하여야 한다.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권5호
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• pp.1304-1312
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• 1993

본 연구는 열 발생 장치 형상이 다양화 되고 이들 장비들이 설치위치에 따라 수직 이나 수평 또는 경사진 경우를 고려하여 수직으로 부터 경사각도를 증가 시키면 서 부력의 영향에 따른 혼합대류 유동의 온도분포, 속도분포와 국소 Nusselt수, 국소 마찰계수, 열유속및 열전달계수 등의 값을 수치해석적으로 구하여, 쉴리렌 간섭계를 사용하여 실험적으로 구한 열유속, 열전달계수 값과 비교하여 비가열부의 영향을 검토하고자 한다.

• 한국가스학회지
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• 제5권3호
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• pp.1-8
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• 2001

본 연구는 한국가스공사에서 운영중인 천연가스 공급관리소의 가스히터를 대상으로 겨울철 히터 가동 중단시, 가스히터 내부의 열전달 매체액 (Bath Water)이 빙점에 도달하는 시간을 계산하여 보수주기에 대한 결정 및 동파 취약 부위에 대한 영향을 판단하기 위해 가스히터의 체적을 고려한 비선형 3차원 전산모사를 수행하였다. 이용된 시뮬레이터는 미국 FLUENT사의 FLUENT V 5.0으로서 열유체 유동해석 범용 Code이다. 본 문제는 열전도에 관한 문제로 에너지 방정식을 푸는 방식으로 진행되지만 가스히터의 체적을 고려한 3차원 계산을 수행하기 위해 현장의 가스히터 형상 및 축적을 거의 유사하게 모델링하였고 표면에서 공기에 의한 대류 (Convection)문제와 단열재 사이의 전달 (Conduction)문제, 히터내부 액체의 자연대류 (Natural Convection) 그리고 배관을 통한 열손실의 문제를 고려한 복합적인 열전달 현상을 분석하였다.