Double-diffusive convection with verical temperature and concentration gradients in thermally stratified fluids has been investigated experimentally using an electrochemical technique. Cupric sulfuric-sulffuric acid solution confined between two horizontal copper electrodes was used. The change of thermal and solutal buoyance has no influence on the range of voltage for the limiting current. Due to Soret effect, the onset time of natural convection is delayed as the stabilizing thermal buoyancy decreases. Also it is found that the shrinkage of the unstabilizing solutal buoyancy makes the onset of natural convection retard. Multi-layered convective phenomena do not appear because cupric sulfate-sulfuric acid solution is thermally stratified, and heat diffuses faster than cupric sulfate solfate solution.
In the present study, buoyant force and its stabilizing effects in an electrostatic field were examined systematically in order to reduce the effect of natural convection with thermal stratification in a horizontal fluid-saturated porous layer. The correlation of ionic mass transport induced by double-diffusive convection in a horizontal porous layer has been derived theoretically. And the theoretical model was examined by electrochemical experiments. The theoretical correlation for mass transport which is satisfying Forchheimer's flow equation and based on the micro-turbulence model is derived as a function of soltual Darcy-Rayleigh number, thermal Darcy-Rayleigh number and Lewis number. In the experiment, the mass transport of copper ions in $CuSO_4-H_2SO_4$ solution is measured by electrochemical technique. By assembling theoretical correlation and experimental results, the mass transport correlation induced by double-diffusive convection is proposed as $$Sh=\frac{0.03054(Rs_D-LeRa_D)^{1/2}}{1-3.8788(Rs_D-LeRa_D)^{-1/10}}$$ The present correlation looks flirty reasonable with comparing experimental results, and very promising for the applications of its prototype into various systems involving heat transfer as well as mass transfer, in order to control the effects of natural convection effectively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1720-1730
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1995
Finite-difference analysis was conducted to study the natural convection of a stably stratified salt-water solution in an annulus due to lateral heating. The main purpose of this study is to examine in detail the multi-layered flow structure. Calculation was thus made for R $a_{\eta}$=2*10$^{5}$ and 6.5*10$^{5}$ . Formation of layered flow structure, merging process of layers, the corresponding temperature and concentration distributions, Nusselt number variations with time are examined. Numerical results show that in each layer, the temperature profile looks 'S`-shaped and the concentration profile is uniform due to the convective mixing. The formation of the roll and the layer is governed by natural convection due to the temperature gradient and the merging process of the layer by diffusion of the concentration.ation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1709-1719
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1995
The primary objective of the paper is to obtain the basic information of the natural convection of a stratified with various parametric conditions related to rotating speed, temperature and concentration gradient. For the purpose of it, experiments are performed in a stably stratified salt-water solution with lateral heating in a stationary or rotating annulus. The experiment covers the ranges of Ar=2, Le=100, R $a_{\ta}$=2 10$^{5}$ and Ta=0, 10$^{5}$ - 2.5*10$^{8}$ . Many interesting flow phenomena are observed and rotation effects are examined. Particularly as Taylor number increases (rotation increases) at a given R $a_{\ta}$, the generation of rolls at hot wall is inhibited and the formation and merging process of layers are delayed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.10
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pp.1337-1345
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2001
Numerical investigation is made to study the effects of thermosolutal convection on the formation of macrosegregation in a Pb-Sn alloy solidification process in a two dimensional confined rectangluar mold. The basic equations are sovled using the Contrinum Model theory with the SIMPE algorithm during the solidification process. In addition, to track the liquid-solid interface with time variations, the moving boundary condition was adopted and moving irregular interface shapes were treated with the time-dependent, boundary-fitted coordinate system. As the temperature reduces from the liquidus to the solidus, the liquid concentration of Sn, the lighter constituent, increases. Then the buoyancy-driven flow due to temperature and liquid composition gradients occurs in the mushy region and forms the complicated macrosegregation maps. belated to this phenomena, effects on the macrosegregation formation depending on the cooling condition and gravity values are examined.
The time of the onset of double-diffusive convection in time-dependent, nonlinear concentration fields is investigated theoretically. The initially quiescent horizontal fluid layer with a uniform temperature gradient experiences a sudden concentration change from below, but its stable thermal stratification affects concentration effects in such way to invoke convective motion. The related stability analysis, including Soret effect, is conducted on the basis of the propagation theory. Under the linear stability theory the concentration penetration depth is used as a length scaling factor, and the similarity transform for the linearized perturbation equations. The newlly obtained stability equations are solved numerically. The resulting critical time to mark the onset of regular cells are obtained as a function of the thermal Rayleigh number, the solute Rayleigh number, and the Soret effect coefficient. For a certain value of the Soret effect coefficient, the stable thermal gradient promote double-diffusive convective motion.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.12
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pp.3297-3304
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1994
Experimental investigation have been made to study the double-diffusive nature of convection of an initially stratified salt-water solution heated from below in a cylindrical cavity. The objective is to examine the process of mixed-layer formation, the flow phenomena, the heat transfer characteristics, and temperature and concentration distribution according to the changes in the effective Rayleigh number based on the reference height which represents the relation of temperature and concentration gradient. The types of initially formed flow pattern are categorized in three regimes depending on the effective Rayleigh number ; stagnant flow regime, single mixed-layer flow regime and successively formed multiple mixed-layer flow regime. The temperature and concentration profiles are both uniform in each layer due to convective mixing in the layered flow regime, but both linear in stagnant flow regime and single mixed-layer flow regime. At the interface between adjacent layers, the temperature changes smoothly but the concentration changes rapidly. The layers expand by diffusion of concentration through the interface along with its random fluctuation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.11
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pp.1422-1436
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1997
Numerical investigations were conducted to study the convective phenomena of an initially stably stratified salt water solution with lateral heating in a uniformly rotating annulus. The method of investigation is the finite difference analysis of the basic conservation equation for an axisymmetric, unsteady, double-diffusive convection and calculation is made for R $a_{\eta}$=2*10$^{5}$ and Ta=10$^{7}$ ~ 2.5*10$^{8}$ . Formation of layered flow structure, merging process of layers, the corresponding temperature and concentration distributions, Nu variation with time are examined. Numerical results show that in each layer, the temperature profile looks 'S'-shaped and the concentration profile is uniform due to the convective mixing. At the interface between adjacent layers, the temperature changes smoothly but the concentration changes rapidly. As the effect of the rotation increases, the generation of rolls at hot wall, the formation and merging of layers are delayed. The average Nu shows the trend of conduction heat transferees the effect of the rotation increases.n increases.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1731-1740
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1995
Experimental investigations have been made to study the double-diffusive nature of convection of an initially stratified salt-water solution due to heating from below in a rotating cylindrical cavity. The objective is to examine the flow phenomena and the heat transfer characteristics according to the changes in temperature gradient, concentration gradient and rotating velocity of cavity. Thermal and solutal boundary conditions at side wall are adiabatic and impermeable, respectively. The top and bottom plate are maintained each at constant temperature and concentration. The cavity is put into a state of solid body rotation. Like the stationary case, the types of initially-formed flow pattern are classified into three regimes depending on the effective Rayleigh number and Taylor number; stagnant flow regime, single mixed-layer flow regime and successively formed multi-mixed layer flow regime. At the same effective Rayleigh number, the number of initially-formed mixed layer and its growth rate decrease as the effect of rotation increases. The temperature and concentration profiles are both uniform in each layer due to convective mixing in the layered-flow regime, but look both liner in stagnant flow regime and single mixed-layer flow regime. At the interface between adjacent layers, the temperature changes smoothly but the concentration changes rapidly.
Kim, Hyung-Jin;Seo, Jae-Hyeong;Kim, Dae-Wan;Lee, Moo-Yeon;Seo, Lee-Soo
Journal of the Korean Magnetics Society
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v.23
no.2
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pp.77-81
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2013
The objective of this study is experimentally to investigate natural convective heat transfer characteristics of the ferrofluid for a concentric annuli under rotating magnetic field with variations of the revolution and the magnetic field strength. The rotating magnetic field was provided by induction motor with 6 poles and 3 phases and the revolution and the magnetic field strength were controlled by an inverter driver and a voltage meter, respectively. Temperatures of the inner pipe and the outer pipe in the tested concentric annuli were maintained at $30^{\circ}C$ and $25^{\circ}C$, respectively, during the test and the direction of the rotating magnetic field was a counterclockwise. As a result, the natural convective heat transfer characteristics of the ferrofluid for a concentric annuli were increased with the rise of the revolution and magnetic field strength due to the increased heat dissipation between hot side and cold side of the concentric annuli.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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