Ha Man-Yeong;Kim Cheol-Hwan;Jung Yong-Won;Heo Seong-Geun
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.6
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pp.840-848
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2006
We carried out numerical studies to investigate the single- and two-phase flow characteristics in the single- and multi-channels. We used the finite volume method to solve the mass and momentum conservation equations. The volume of fluid model is used to predict the two-phase flow in the channel. We obtained the distribution of velocity fields, pressure drop and air volume fraction for different water mass flow rates. We also calculated the distribution of mass flow rates in the multi-channels to understand how the flow is distributed in the channels. The calculated results for the single- and two-phase flow are partly compared with the present experimental data both qualitatively and quantitatively, showing relatively good agreement between them. The numerical scheme used in this study predicts well the characteristics of single-and two-phase flow in a multi-channel.
Bubble size is a key parameter for an accurate prediction of bubble behaviours in the multi-dimensional two-phase flow. In the current STAR CCM+ CFD code, a mechanistic bubble size model $S{\gamma}$ is available for the prediction of bubble size in the flow channel. As another model, Yun model is developed based on DEBORA that is subcooled boiling data in high pressure. In this study, numerical simulation for the gas-liquid two-phase flow was conducted to validate and confirm the performance of $S{\gamma}$ model and Yun model, using the commercial CFD code STAR CCM+ ver. 10.02. For this, local bubble models was evaluated against the air-water data from DEDALE experiments (1995) and Hibiki et al. (2001) in the vertical pipe. All numerical results of $S{\gamma}$ model predicted reasonably the two-phase flow parameters and Yun model is needed to be improved for the prediction of air-water flow under low pressure condition.
The performance of turbo pump drops rapidly and it gets into break-down when the void fraction reaches above the threshold value because the impeller flow passage is choked up with air bubbles. Phenomenological understanding of break-down and pumping recovery mechanisms under air-water two-phase flow conditions are therefore important for pump designers and essential assignment for researchers. In this paper, we investigated the characteristics of break-down and pumping recovery due to entrained air occurring inside a screw-type centrifugal pump which has a wide flow passage mainly through the findings of suction and discharge pressures, rotational speed, flow rate measurements and visualization.
The main objective of this study is to investigate experimentally the two-phase flow characteristics in terms of the direct contact condensation of a steam-water stratified flow in a horizontal rectangular channel. Experiments were performed for both air-water and steam-water flows with a cocurrent flow configuration. This work presents the local temperature and velocity distributions in a water layer as well as the interfacial characteristics of both condensing and noncondensing fluid flows. The gas superficial velocity varied from 1.2 m/s to 2.0 m/s for air and from 1.2 m/s to 2.8 m/s for steam under a fixed inlet water superficial velocity of 0.025 m/s. Some advanced measurement methods have been applied to measure the local characteristics of the water layer thickness, temperature, and velocity fields in a horizontal stratified flow. The instantaneous velocity and temperature fields inside the water layer were measured using laser-induced fluorescence and particle image velocimetry, respectively. In addition, the water layer thickness was measured through an ultrasonic method.
The interfacial area transport equation dynamically models the changes in interfacial structures along the flow field by mechanistically modeling the creation and destruction of dispersed phase. Hence, when employed in the numerical thermal-hydraulic system analysis codes, it eliminates artificial bifurcations stemming from the use of the static flow regime transition criteria. Accounting for the substantial differences in the transport mechanism for various sizes of bubbles, the transport equation is formulated for two characteristic groups of bubbles. The group 1 equation describes the transport of small-dispersed bubbles, whereas the group 2 equation describes the transport of large cap, slug or chum-turbulent bubbles. To evaluate the feasibility and reliability of interfacial area transport equation available at present, it is benchmarked by an extensive database established in various two-phase flow configurations spanning from bubbly to chum-turbulent flow regimes. The geometrical effect in interfacial area transport is examined by the data acquired in vertical fir-water two-phase flow through round pipes of various sizes and a confined flow duct, and by those acquired In vertical co-current downward air-water two-phase flow through round pipes of two different sizes.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.13
no.1
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pp.51-60
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2005
This paper reviews the studies on the pressure drop and the heat transfer in microchannels. Although a lot of studies about the single-phase flow have been done until now, conflicting results are occasionally reported about flow transition from laminar flow to turbulent flow, friction factor, and Nusselt number. Some studies reported the early flow transition due to relatively greater wall effect like surface roughness, but the other studies showed that the flow transition occurred at the Reynolds number of about 2300 and the early flow transition might be due to less accurate measurement of the channel geometry. Also, there have been arguments whether the conventional relation based upon continuum theory can be applied to the fluid flow and the heat transfer in microchannels without modification or not. The studies about the two-phase flow in microchannels have been mostly about investigating the flow pattern and the pressure drop in rectangular channels using two-component, two-phase flow like air/water mixture. Some studies proposed correlations to predict two-phase flow pressure drop in microchannels. They were mostly based on Lockhart-Martinelli model with modification on C-coefficient, which was dependent on channel geometry, Reynolds number, surface tension, and so on. Others investigated the characteristics of flow boiling heat transfer in microchannels with respect to test parameters such as mass flux, heat flux, system pressure, and so on. The existing studies have not been fully satisfactory in providing consistent results about the pressure drop and the heat transfer in microchannels. Therefore, more in-depth studies should be done for understanding the fundamentals of the transport phenomena in the microchannels and giving the basic guidelines to design the micro devices.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.5
no.1
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pp.65-72
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1993
An experiment has been carried out to identify flow patterns in a horizontal condensing flow with R-113. Characteristics of flow patterns were determined based upon a statistical analysis of differential pressure fluctuations at an orifice. The probability density function and power spectral density function of instantaneous pressure drop curves for various flow conditions were obtained. In comparison to the results of air-water flows, the flow patterns in a condensing flow such as annular, wavy, slug and plug could be identified. The experimental data determined by this technique were compared with the flow pattern maps suggested by other investigators. The result indicates that the statistical characteristics of differential pressure fluctuations at an orifice may be a useful tool for identifying flow patterns both in condensing flows and in adiabatic two-phase flows.
Average Bi-directional flow tube was suggested to measure single and two phase flow rate. Its working principle is similar with Pilot tube, however, it makes it possible to eliminate the cooling system which is normally needed to prevent from flashing in the pressure impulse line of Pilot tube when it is used in the depressurization condition. The suggested instrumentation was tested in the air-water vertical test section which has 80mm inner diameter and 10m length. The flow tube was installed at 120 of L/D from inlet of test section. From the test, single air and water flow rate was measured successfully. For the emasurement of two phase flow rate, Chexal drift-flux correlation was used. In the test a new correlation of momentum exchange factor was suggested. The test result shows that the suggested instrumentation using the measured void fraction and Chexal drift-flux correlation can predict the mass flow rates within $10\%$ error of measured data.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.1
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pp.187-197
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1996
Many investigations have been made to determine the pressure drop and heat transfer characteristics for single phase flow in tape generated swirl flow. But few studies have been carried out to investigate the heat transfer in two component, two phase swirl flow with non-boiling. An experimental study has been conducted to determine the effects of tape twist ratios on two phase convective heat transfer coefficients, pressure drop, and void fraction distribution in a non-boiling, air-water, two phase flow. The flow conditions were both swirl and non swirl flows. The internal diameter of the test section is 42.5mm. The tape twist ratios of pitch to diameter ratio varied from 4.0 to 10.6. The heating conditions were isothermal and nonisothermal. The flow patterns identified with experiments were bubbly, bubbly-slug, slug, and slug-annular flow in up-flow. This study has concluded that no significant difference in void fraction distribution were observed both isothermal and nonisothermal conditions, the pressure drop for two phase flow with twisted tape swirler increase as the tape twist ratio decrease, and that values of two phase heat transfer coefficient increase when the tape twist ratio decreases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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