This paper assesses the two-equation turbulence models available in a commercial code, FLUENT, for heat transfer in a turbulent heated pipe flow. In case of flow under $Re_D=10,000$, Standard $\kappa-\epsilon$ and Realizable $\kappa-\epsilon$ models overpredict the Nusselt number about $20\%$ compared with the experimental correlation, and RNG $\kappa-\epsilon$ model overpredicts about $30\%$ when the two-layer zonal method is employed. When wall function method is adopted, all $\kappa-\epsilon$ models show better predictions. Standard $\kappa-\omega$ and SST $\kappa-\omega$ models have the dependency on the first grid point ($0.3). As Reynolds number becomes high, the predictions of all $\kappa-\epsilon$ and $\kappa-\omega$ models are in a good agreement with the experimental correlation.
A study on the ultrasonic effect for turbulence enhancement is carried out in the horizontal flow field of a coaxial circular pipe. A large transparent acryl tank is made to perform several experiments for the above research. The front flow field from jet exit is divided as 4 measuring regions to observe characteristics of the above flow field according to those with and without ultrasonic. An ultrasonic transducer with 2MHz high frequency is used to give them the ultrasonic forcing. Characteristics such as the velocity distribution, the kinetic energy and the turbulence intensity are visualized, observed, examined and considered at Re No. 2000. In results, it is clarified that the ultrasonic increases the turbulence enhancement. And the optimum and harmonious intensity suited to the power of flow is needed to maximize the turbulence enhancement.
Magnetic resonance velocimetry (MRV) is a versatile flow visualization technique using magnetic resonance imaging machine developed for the medical purpose. Recently, MRV is often utilized to analyze engineering flows due to its superior features of MRV such as capabilities of measuring flows with complicated, opaque flow geometry unlike optical techniques, 3-dimensional volumetric velocity vectors within a few hours, and etc. The purpose of this study was to validate the MRV data and evaluate the accuracy of the mean velocity profiles that we acquired for a turbulent flow in a circular pipe using a MR machine installed in Korea Basic Science Institute, Ochang, Korea. In addition, we briefly describe a procedure of parameter optimization for the operation of MRV. The results indicate that the MRV measurements provided well resolved mean velocity fields with a quite reasonable accuracy according to the inner and outer layer scaling laws of the turbulent pipe flows.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.6
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pp.1269-1281
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1989
본 연구에서는 H를 고정하고 L을 변화시켜가며 내부의 유동구조가 어떻게 변하는가를 살펴보고, 특히 재부착이 일어나는 경우에는 급확대 부분만 존재하는 기존 실험결과와 비교분석하여 하류의 급축소부분이 전체 유동구조에 어떤 영향을 미치는가를 살펴보고자 한다. 실험에서 사용된 작동유체는 공기이며, 입구관 직경은 110mm, 급확대점과 급축소점사이의 연결부 직경은 220mm, 연결부의 길이는 L=300, 600 그리고 900mm의 3가지를 선택하였으며 기준속도는 입구관의 중심속도로 9.71 m/s이다. 입구직경(110mm)을 기준으로 한 Reynolds 수는 $R_{e}$=73,000 이고 입구관반경과 연결부반경의 차이인 계단높이(H=55mm)를 기준으로 하면 $R_{e=36}$ ,500이다. 연결부 의 급확대부분에서 입구관반경을 기준으로 한 반경확대비는 2이고 급축소부분의 반경 축소비는 1/2이다. 측정항목은 유동방향의 벽면압력분포, 유동방향의 평균속도분포 및 난류강도 등이며, L=900mm인 경우는 반경방향과 원주방향의 난류강도, Reynolds 전단응력도 측정되었다.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.5
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pp.1282-1289
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1990
A numerical solution for heat transfer of pulsating turbulent pipe flow was presented under the condition of fully developed dynamic regime and uniform well heat flux. The k-.epsilon. turbulent model was adopted to describe turbulent characteristics. The results were given at following conditions ; Time-averaged Reynolds number equal to 10000 ; Strouhal number ranged from 0.0005 to 0.05 ; The peak velocity fluctuation varied from 20 to 80 percent of the mean velocity. It was found that the effect of pulsation on local heat transfer rate is greater at downstream than upstream and the heat transfer was increased or decreased according to the pulsating conditions.
Magnetic resonance thermometry (MRT) is a technique capable of measuring three-dimensional mean temperature fields by utilizing temperature-dependent shifts in proton resonance frequency. In this study, experimental verification of the technique is obtained by measuring 3D temperature fields within fully developed turbulent pipe flow, using 3T and 7T MRI scanners. The effect of the proton resonance frequency (PRF) thermal constant is examined in detail.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.5
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pp.1294-1303
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1993
The fully developed turbulent momentum and heat transfer induced by the square-ribed roughness elements on the inner wall surface in concentric annuli is studied analytically based on a modified turbulence model. The analytical results of the fluid flow is verified by experiment. The resulting momentum and heat transfer are discussed in terms of various parameters, such as the radius ratio, the relative roughness, the roughness density, fluid Reynolds number and for heat transfer, fluid Prandtl number. The study demonstrates that certain artificial roughness elements may be used to enhance heat transfer rates with advantages from the overall efficiency point of view.
A study to obtain the enhancement of turbulence at low Reynolds number is carried out by adding ultrasonic force into the jet flow field of a coaxial circular pipe which can afford the sufficient data of flow characteristics with the shear flow and turbulence flow in spite of its simple shape. A coaxial circular flow field is made vertically in a large and transparent acryl tank. The time mean velocity vector, distribution, kinetic energy and turbulence intensity formed in the complex flow field of turbulence enhancement are investigated, observed and discussed at Reynolds number of 2,000, 3,000 and 5,000 by using PIV measurement, in results, the validity of ultrasonic to obtain the enhancement of turbulence is certified.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.6
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pp.1603-1612
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1990
An experimental study is conducted to investigate the fluid flow and heat transfer around tubes arranged in line. All measurements are performed at Reynolds number 1.58*10$^{4}$ with varing tube spacings from the small pitch ratio(L/D=1.25) to the large pitch ratio(L/D=3.0). Mean static pressures and mean temperatures of the surface of tubes and mean velocities and turbulent intensities in tube banks are measured. The flow patterns and the characteristics of heat transfer are strongly influenced by the tube spacings. Especially, in the case of very small spacings(L/D=1.25), the flow between neighboring tubes becomes very stagnant and the heat transfer decreases. In the case of each tube spacing, the characteristics of heat transfer around the 3rd, the 4th and the 5th tubes are nearly similar to one another, because the flow around tubes becomes stable at the 3rd tubes. The local heat transfer has the peak value near the reattachment point which has the peak value of pressure, but the local heat transfer for the 2nd tube of L/D=1.25 without reattaching has the peak value at .theta.=75.deg.. For each pitch ratio, the mean heat transfer increases gradually toward the downstream tubes, because the oncoming flow through neighboring tubes comes closer to the forward and rear surfaces of the tube and the turbulent intensity becomes larger in the downstream direction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.3
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pp.540-546
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1992
Turbulent Couette flow between coaxial cylinders with inner one rotating has been investigated experimentally and numerically. The radius ratio of the coaxial cylinders is 0.43. Mean velocity and turbulent stresses have been measured by hot-wire anemometer in the range of Reynolds number based on the velocity at rotating wall and the radial distance between walls, 60,900-187,000. For the numerical computation, the Reynolds stress model has been used as a turbulence closure model. Measurements of mean velocity show that the velocity profile of wall layer largely deviates from universal logarithmic law due to the effect of streamline curvature, especially in the region near the stationary outer cylinder. The results computed with the Reynolds stress model agree well with the experimental data in the prediction of circumferential intensity of turbulent fluctuations. However, the computed level of radial intensity is much higher than the measurement. Curvature-corrected versions of the Reynolds stress model improves the prediction of turbulent intensities, but the results are not fully satisfactory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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