International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제8권4호
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pp.283-293
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2015
The effect of the inlet swirling flow in a hydraulic turbine draft tube is a very complex phenomenon, which has been extensively investigated both theoretically and experimentally. In fact, the finding of the optimal flow distribution at the draft tube inlet in order to get the best performance has remained a challenge. Thus, attempting to answer this question, it was assumed that through an automatic optimization process a Genetic Algorithm would be able to manage a parameterized inlet velocity profile in order to achieve the best flow field for a particular draft tube. As a result of the optimization process, it was possible to obtain different draft-tube flow structures generated by the automatic manipulation of parameterized inlet velocity profiles. Thus, this work develops a qualitative and quantitative analysis of these new draft tube flow field structures provoked by the redesigned inlet velocity profiles. The comparisons among the different flow fields obtained clearly illustrate the importance of the flow uniformity at the end of the conduit. Another important aspect has been the elimination of the re-circulating flow area which used to promote an adverse pressure gradient in the cone, deteriorating the pressure recovery effect. Thanks to the evolutionary optimization strategy, it has been possible to demonstrate that the optimized inlet velocity profile can suppress or mitigate, at least numerically, the undesirable draft tube flow characteristics. Finally, since there is only a single swirl number for which the objective function has been minimized, the energy loss factor might be slightly affected by the flow rate if the same relation of the axial-tangential velocity components is maintained, which makes it possible to scale the inlet velocity field to different operating points.
A numerical optimization procedure is developed to find the inlet velocity profile that yields the most uniform epitaxial layer in a vertical MOCVD reactor. It involves the solution of fully elliptic equations of motion, temperature, and concentration; the finite volume method based on SIMPLE algorithm has been adopted to solve the Navier-Stokes equations. The overall optimization process is highly nonlinear and has been efficiently treated by the sequential linear programming technique that breaks the non-linear problem into a series of linear ones. The optimal profile approximated by a 6th-degree Chebyshev polynomial is very successful in reducing the spatial non-uniformity of the growth rate. The optimization is particularly effective to the high Reynolds number flow. It is also found that a properly constructed inlet velocity profile can suppress the buoyancy driven secondary flow and improve the growth-rate uniformity.
Air-cooled heat sinks are employed in many electronic cooling applications since they provide significant heat transfer enhancement and operational flexibility. Strip-shaped fin heat sink is of interest and needs to be investigated as general cooling products for more applicability. The purposes of this study are to evaluate heat sink performance without bypass flow condition and to determine optimal heat sink geometries. The results show that the decreasing rate of thermal resistance of a heat sink decreases with increasing inlet air velocity, and the increasing rate of pressure drop increases with increasing inlet air velocity, but is not affected by input power. The increasing rate of optimal longitudinal fin spacing is larger than that of transverse fin spacing. The strip fin heat sink tested in this study showed better cooling performance compared to that of other plate fin type.matism. 2004; 50(11): 3504-3515.
This study was carried out to determine necessary conditions for optimal ventilation of small windowless piglet house (4.0 (W) $\times$ 11.0 (L) $\times$ 2.6(H) m) with corridor and attic for preheating using CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation. The experimental weaning piglet house was consisted of a corridor, an attic, 4 rooms (3.0 (W) $\times$ 2.75(L) m), 3 fences (0.7(H) m), 5 air inlets and 2 exhaust fans (0.4 (D) m) and simulated using CFD code, FLUENT. The simulation results for the experimental weaning piglet house showed that each room was uniformly ventilated under all the experimental conditions and air velocities at 0.1 m above floor are less than 0.15 m/s for 0.75 m/s and 1.0 m/s of air inlet velocity but 0.61 m/s for 1.25 m/s. The simulation results are similar to the measured results. Considering the air flow pattern, ventilating efficiency, air velocity at 0.1 m above floor and cold stress of weaning piglets and so on, the optimum velocity of air inlet might be 1.0 m/s.
Research results for the pressure drop variance depending on operation conditions such as change of inlet concentration, pulse interval, and face velocity, etc., in a pulse air jet-type bag filter show that while at $3kg/cm^2$ whose pulse pressure is low, it is good to make an pulse interval longer in order to form the first layer, it may not be applicable to industry because of a rapid increase in pressure. In addition, the change of inlet concentration contributes more to the increase of pressure drop than the pulse interval does. In order to reduce operation costs by minimizing filter drag of a filter bag at pulse pressure $5kg/cm^2$, the dust concentration should be minimized, and when the inlet dust loading is a lower concentration, the pulse interval in the operation should be less than 70 sec, but when inlet dust loading is a higher concentration, the pulse interval should be below 30 sec. In particular, in the case that inlet dust loading is a higher concentration, a high-pressure distribution is observed regardless of pulse pressure. This is because dust is accumulated continuously in the filter bag and makes it thicker as filtration time increases, and thus the pulse interval should be set to below 30 sec. If the equipment is operated at 1m/min of face velocity, while pressure drop is low, the bag filter becomes larger and thus, its economics are very low due to a large initial investment. Therefore, a face velocity of around 1.5 m/min is considered to be the optimal operation condition. At 1.5 m/min considered to be the most economical face velocity, if the pulse interval increases, since the amount of variation in filter drag is large, depending on the amount of inlet dust loading, the operation may be possible at a lower concentration when the pulse interval is 70 sec. However, for a higher concentration, either face velocity or pulse interval should be reduced.
In this study, STAR-CD-based CFD techniques was used to analyze velocity distribution and pressure distribution according to the variation of angels at $45^{\circ}$, $60^{\circ}$ and $90^{\circ}$ a suction pipe when inlet velocity condition is 1 m/s. SIMPLE maritime law used for analytical algorithm and the results of CFD analysis evaluated by particle image velocimetry (PIV). The results of CFD analysis in this study have revealed that the optimal angle of a suction pipe for a jet pump is $90^{\circ}$ and the PIV test has showed the same results. Therefore, it is thought that when CFD is used to analyze the flow characteristics of a jet pump it would be possible to produce optimal designs of its devices.
With continuous industrial development, the types, and amount of particulate matter (PM) have been increasing. Since 2018, environmental standards regarding PM have become more stringent. Pulse air jet bag filters are suitable for PM under the 20 ㎛ and, can function regardless of size, concentration and type. Filtration velocity and shape are important factors in the operation and design of the pulse air jet bag filters however, few established studies support this theory. In this research, numerical simulations were conducted based on experimental values and, several methods were employed for minimizing the pressure drop. In the pilot system, as the inlet duct velocity was faster than 19 m/sec, flow was not distributed equally and, re-entrainment occurred due to the hopper directional vortex. The multi-inlet system decelerated the hopper directional vortex by 25 ~ 30%, thereby decreasing total pressure drop by 6.6 ~ 14.7%. The guide vane system blocked the hopper directional vortex, which resulted optimal vane angle of 53°. The total pressure of the guide vane system increased by 0.5 ~ 3% at 1.5 m/min conditions. However, the filtration pressure drop decreased by 4.8 ~ 12.3% in all conditions, thereby reducing the operating cost of filter bags.
In this work, a preliminary design of an inlet guide vane and runner for developing a 2.5 kW hydraulic turbine was conducted by using computational fluid dynamic analysis. Three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with shear stress transport turbulence model were used to analyze the fluid flow in the hydraulic turbine. The hexahedral grid system was used to construct computational domain, and the grid dependency test was performed to obtain the optimal grid system. Velocity triangle diagram considering the flow angles of the inlet guide vane and runner was analyzed to obtain a basic geometry of the inlet guide vane and runner. Through modification of the preliminary design, the hydraulic performances of the turbine have improved under overall drop conditions. Especially, the efficiency and power of the turbine increased by 0.95% and 1.45%, respectively, compared to those of the reference model.
본 연구는 식혜의 편이성, 유통성, 저장성을 향상시키기 위하여 피막물질을 첨가하고 분무건조를 통하여 분말화를 하고자 하였다. 최적조건 설정을 위하여 반응표면분석법을 이용하였으며 독립변수는 피막물질 maltodextrin의 첨가량(%), 분무건조기의 inlet 온도($^{\circ}C$) 그리고 분무건조기내 시료의 공급속도(mL/min)로 설정하였으며 이에 따라 영향을 받는 반응변수는 분말의 흡습량(g), 용해도(%), 입자크기(${\mu}m$)로 설정하였다. 각 반응변수에 따른 회귀식은 흡습량은 p<0.001, 용해도는 p<0.05, 입자크기는 P<0.001 수준에서 유의성이 인정되었다. 그리고 각 독립변수와 종속변수의 영향을 나타내는 반응표면그래프를 이용하여 최적 분말화 조건을 예측한 결과 각 종속변수 최적점인 MD 22%, 분무건조기의 inlet 온도 $140^{\circ}C$ 그리고 분무건조기 내로 유입되는 시료의 공급속도는 51 mL/min로 예측되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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