Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.5
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pp.1304-1312
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1993
The buoyancy effects on mixed convection heat transfer over a flat plate surface with unheated starting length is reported. The governing equations are solved by a finite difference method using Patankar scheme and the solution was numerically obtained for various mixed convection parametr $Gr_{x}/Re_{x}^3$, and Prandtl number of 0.7 Local heat flux was measured by using Schilieren Interferometer. The local heat transfer results show that the presence of the unheated starting length can significantly accentuate the effects of buoyancy. The degree of accentuation of the buoyancy effects is strongly influenced by the magnitude of $Gr_{x}/Re_{x}^3$. When the parameter is larger than the order of $10^{-3}$, the contribution of natural convection to the heat transfer coefficients increased significantly due to the unheated starting length. In contrast, when $Gr_{x}/Re_{x}^3$ is smaller then about $10^{-5}$ , the buoyancy contribution is essentially unaffected by the unheated starting length. The shape of the velocity profile is also found to be highly responsive to the interaction between the buoyancy and the starting length.
In binary solidification compositional convection in a porous mushy layer influences the quality of the final products. We consider the mushy layer solidifying from below with a constant solidification velocity. The disturbance equations for the mushy layer are derived using linear stability theory. The basic-state temperature fields and the distribution of the porosity in the mushy layer are investigated numerically. When the superheat is large, the thickness of the mushy layer is relatively small compared to the thickness of the thermal boundary layer. With decreasing the superheat the critical Rayleigh number based on the thickness of the mushy layer increases and the mushy layer becomes stable to the compositional convection. The critical Rayleigh number obtained from the continuity conditions of temperature and heat flux at the mush-liquid interface is smaller than that from the isothermal condition at the upper boundary of the mushy layer.
The onset of convection in a mushy layer is analyzed by using linear stability theory in time-dependent solidification of a binary melt. A simplified model of a near-eutectic mush, in which the mush is assumed to be a porous block, is used and the propagation theory is applied to determine the critical conditions for the onset of convection. The present critical Rayleigh number is higher than the existing experimental result and also theoretical results obtained by considering the mushy layer with an overlying liquid layer. The constant pressure (permeable) condition applied on the mush-liquid interface produces a lower critical Rayleigh number, which is closer to the experimental results of aqueous ammonium chloride solution, compared with the impermeable condition.
The heat transfer analysis applying finite element method has been carried out. Particularly, the convection boundary condition associated with the mixed boundary condition is numerically formulated by the Galerkin method analogous to the magnetic field problem. Also, the coupled electromagnet-thermal field analysis by the proposed heat transfer coefficient computation algorithm is executed to enhance the accuracy of solutions. Finally, the validity of the proposed results is verified by comparison with the measured ones.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.2
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pp.279-286
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1987
An numerical and experimental study has been performed on natural convection heat transfer from a horizontal heat exchanger tube with a fin. At s bare tube, by increasing $C_{T}$ (tube conduction parameter), mean Nusselt number and outer wall temperature are apparently increased at $C_{T}$.leq.300, slightly increased at $C_{T}$>300 and they can be represented in an exponential function of $C_{T}$. Natural convection heat transfer characteristics for the tube with a fin at given Rayleigh number are well agreed by those for an isothermal cylinder at a modified Rayleigh number. The local fin Nusselt number of the tube with a downward fin is much higher than that of the tube with an upward fin. The comparisons between numerical and experimental results showed good agreement.reement.
Studies of atmospheric general circulation in the troposphere and stratosphere are very important to understand the influence of human activities on the global climate and its change. Recently, the existence of an annual cycle in the circulation has been reported by a number of studies. In this study, the residual mean meridional circulation is calculated by the TEM momentum and continuity equations for the period from December 1985 to November 1995 (10 years), and the long-term variations of the circulation and mass fluxes across the 100hPa surface are examined. The multiple regression statistical model is used to obtain quantitatively the long-term variations. This study is focused especially on mean meridional circulation in the troposphere and stratosphere associated with ENSO (El Ni${\tilde{n}}$o-Southern Oscillation) which is known as a cause of the unusual weather, global climate, and its change. The results show that the global scale troposphere-stratosphere mean meridional circulation is intensified during El Ni${\tilde{n}}$o event and QBO (quasi-biennal oscillation) easterly phase and weakened during La Ni${\tilde{n}}$o event and QBO westerly phase. The signal of Mount Pinatubo volcanic eruption in June 1991 is obtained. Due to the volcanic eruption the global scale troposphere-stratosphere mean meridional circulation is abruptly intensified.
Convective heat transfer is the main component of greenhouse energy loss because the energy loss by this mechanism is greater than those of the other two components (radiative and conductive). Previous studies have examined the convective heat transfer coefficients under natural conditions, but they are not applicable to symmetric thermal screens with zero porosity, and such screens are largely produced and used in Korea. However, the properties of these materials have not been reported in the literature, which causes selectivity issues for users. Therefore, in this study, three screens having similar color and zero porosity were selected, and a mathematical procedure based on radiation balance equations was developed to determine their convective heat transfer coefficients. To conduct the experiment, a hollow wooden structure was built and the thermal screen was tacked over this frame; the theoretical model was applied underneath and over the screen. Input parameters included three components: 1) solar and thermal fluxes; 2) temperature of the screen, black cloth, and ambient air; and 3) wind velocity. The convective heat transfer coefficients were determined as functions of the air-screen temperature difference under open-air environmental conditions. It was observed from the outcomes that the heat transfer coefficients decreased with the increase of the air-screen temperature difference provided that the wind velocity was nearly zero.
The tropospheric ozone is a pollutant that causes a great deal of damage to humans and ecosystems worldwide. In the event that ozone moves downwind from its source, a localized problem becomes a regional and global problem. To enhance ozone monitoring efficiency, geostationary satellites with continuous diurnal observations have been developed. The objective of this study is to derive the Tropospheric Ozone Movement Vector (TOMV) by employing continuous observations of tropospheric ozone from geostationary satellites for the first time in the world. In the absence of Geostationary Environmental Monitoring Satellite (GEMS) tropospheric ozone observation data, the GEOS-Chem model calculated values were used as synthetic data. Comparing TOMV with GEOS-Chem, the TOMV algorithm overestimated wind speed, but it correctly calculated wind direction represented by pollution movement. The ozone influx can also be calculated using the calculated ozone movement speed and direction multiplied by the observed ozone concentration. As an alternative to a backward trajectory method, this approach will provide better forecasting and analysis by monitoring tropospheric ozone inflow characteristics on a continuous basis. However, if the boundary of the ozone distribution is unclear, motion detection may not be accurate. In spite of this, the TOMV method may prove useful for monitoring and forecasting pollution based on geostationary environmental satellites in the future.
A vaporization model for single component fuel droplet has been developed for applying to sub- and supercritical conditions. This model can account for transient liquid heat ins and circulation effect inside the droplet, forced and natural convection, Stefan flow effect, real gas effect and ambient gas solubility into the liquid droplet in high-pressure conditions. Thermodynamic and transport properties are calculated as functions of temperature and pressure in both phases. Numerical calculations are carried out for several validation cases with the detailed experimental data. Numerical results confirm that this supercritical vaporization model is applicable to the high-pressure conditions encountered in the combustion processes of diesel engine.
The physical model considered here is a horizontal layer of fluid heated below and cold above with heat-generating conducting body placed at the center of the layer. The dimensionless thermal conductivities of body considered in the present study are 0.01, 1 and 150. The dimensionless temperature difference ratios considered are 0.25, 2.5 and 25. Two-dimensional solution for unsteady natural convection is obtained using an accurate and efficient Chebyshev spectral methodology for variety of Rayleigh number from $10^{3}$ to $10^{6}$. Multi-domain technique is used to handle square-shaped heat-generating conducting body. The results for the case of conducting body with heat generation are also compared to those without heat generation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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