Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.9
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pp.1032-1038
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2014
In this study, an experimental study was performed to understand the boiling heat transfer characteristics of FC-72 in parallel micro-channels. The parallel micro-channels contained channels having a $0.2mm{\times}0.45mm$ [$H{\times}W$] cross section and length of 60 mm. And heat flux was varied from 16.4 to $25.6kW/m^2$ and mass fluxes from 300 to $500kg/m^2s$. The measured heat transfer coefficient was sharply decreased at lower vapor quality and then it was kept approximately constant as the vapor quality is increased. From the experimental results, the boiling heat transfer mechanism of FC-72 was confirmed and the measured heat transfer coefficient was compared and analyzed with the existing correlations to predict the heat transfer coefficient.
Flow boiling in parallel microchannels has received attention as an effective heat sink mechanism for power-densities encountered in microelectronic equipment. the bubble dynamics coupled with boiling heat transfer in microchannels is still not well understood due to the technological difficulties in obtaining detailed measurements of microscale two-phase flows. In this study, complete numerical simulation is performed to further clarify the dynamics of flow boiling in microchannels. The level set method for tracking the liquid-vapor interface is modified to include the effects of phase change and contact angle. The method is further extended to treat the no-slip and contact angle conditions on the immersed solid. Also, the reverse flow observed during flow boiling in parallel microchannels has been investigated. Based on the numerical results, the effects of channel shape and inlet area restriction on the bubble growth, reverse flow and heat transfer are quantified.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.7
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pp.702-708
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2015
Two-phase flow boiling experiments were conducted using FC-72 as the working fluid. The micro-channels consisted of 15 channels with a depth of 0.2 mm, width of 0.45 mm, and length of 60 mm. Tests were performed over a mass flux range of $200-400kg/m^2s$, heat flux range of $5.6-49.0kW/m^2$, and vapor quality range of 0.02-0.93. Based on the results of the experiment, the heat transfer mechanism by nucleate boiling was dominant at a lower vapor quality (x<0.2), whereas that in the region of a vapor quality greater than 0.2 was complexly influenced by nucleate boiling and forced convection boiling. The nucleate boiling and forced convection boiling could be expressed as functions of the boiling number and convection number, respectively. In addition, the heat transfer coefficient obtained by the experiment was compared with the heat transfer coefficient by the existing correlation.
A variety of Generation III/III+ water-cooled reactor designs featuring enhanced safety and improved economics are being proposed by nuclear power industries around the world in efforts to solve the future energy supply shortfall. Thermal-hydraulics is recognized as a key scientific subject in the development of innovative reactor systems. Phase change by boiling and condensation in the reverse process is a highly efficient heat transport mechanism that accommodates large heat fluxes with relatively small driving temperature differences. This mode of heat transfer is encountered in a wide spectrum of nuclear systems,and thus it is necessary to determine the thermal limit of water-cooled nuclear energy conversion in terms of economic and safety. Such applications are being advanced with the introduction of new technologies such as nanotechnology. Here, we investigated newly-introduced nanotechnologies relevant to boiling and condensation in general engineering applications. We also evaluated the potential linkage between such new advancements and nuclear applications in terms of advanced nuclear thermal-hydraulics.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.4
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pp.1406-1415
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1996
Several recent studies have revealed that boiling heat transfer may be considerably enhanced in a narrow restricted region. In his study, the narrow restricted region was formed by attaching a perforated plate on top of a boiling surface. Through systematic experiments, effects of the hole size, hole pattern, gap width between the perforated plate and the boiling surface were investigated using water or R-113. Results show that perforated plates considerably enhance the boiling of water or R-113. For water, especially, they have outperformed commercial enhanced tubes, which confirms that boiling enhancement mechanism of the perforated plate (thin film evaporation beneath the elongated bubble) is very effective to the boiling of high surface tension liquids such as water. Optimum configuration was found - 3.0 mm hole diameter, 15 mm * 15 mm hole pattern, 0.3 ~ 0.5 mm gap width for water, and 2.0 mm hole diameter, 3.5 mm * 3.5 mm hole pattern, O.5 mm gap width for R-113. A correlation which correlates most of the data within .+-. 30% was also developed.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1997.10a
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pp.719-725
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1997
This paper presents results of experimental studies on the heat transfer and solidification of the molten metal pool with overlying coolant with boiling. The metal pool is heated from the bottom surface and coolant is injected onto the molten metal pool. As a result, the crust, which is a solidified layer, may form at the top of the molten metal pool. Heat transfer is accomplished by a conjugate mechanism, which consists of the natural convection of the molten metal pool, the conduction in the crust layer and the convective boiling heat transfer in the coolant. This work examines the crust formation and the heat transfer rate on the molten metal pool with boiling coolant. The simulant molten pool material is tin (Sn) with the melting temperature of 232$^{\circ}C$. Demineralized water is used as the working coolant. The crust layer thickness was ostensibly varied by the heated bottom surface temperature of the test section, but not much affected by the coolant injection rate. The correlation beかeon the Nusselt number and the Rayleigh number in the molten metal Pool region of this study is compared against the crust formation experiment without coolant boiling and the literature correlations. The present experimental results are higher than those from the experiment without coolant boiling, but show general agreement with the Eckert correlation, with some deviations in the high and low ends of the Rayleigh number. This discrepancy is currently attributed to concurrent rapid boiling of the coolant on top of the metal layer.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.18
no.5
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pp.12-23
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1994
The two-phase flow is observed in power plants, chemical process plants, and refrigeration systems etc., and it is very important to solve the heat transfer mechanism of a boiler, an automic reactor, a condenser and various types of evaporators. Recently, the problem of two phase heat transfer is braught up in many regions with development of energy saving technique. In flow boiling system it is necessary to store data in each condition because the heat transfer characteristics of flow boiling region vary by the change of flow pattern and the magnetude of heat flux to tube length, and be subtly affected by the flow and heating condition. So basic study for knowing flow pattern in heat transfer region and the relation between heat transfer characteristic and flow condition is desired to accumulate data in wide variety of liquid and flow system in the study of heat transfer of two phase flow. In this study R-113 was selected as working fluid whose properties were programmed by least square method, and experiment was conducted in the region of mass flow $1.628{\times}10^6$~$4.884{\times}10^6$/kg/$m^2$hr with inlet subcooling 10~3$0^{\circ}C$, sustaining test section inlet pressure to 1.5kg$_f$/$cm^2$abs.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.5
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pp.581-588
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2014
Extensive researches toward pool boiling characteristics have been widely investigated. However, the correct understanding of its boiling crisis by Critical Heat Flux (CHF) phenomenon during steady and transient heat transfer as a fundamental database for designing heat generation systems is still need to be clarified. The pool boiling CHFs were investigated to clarify the generalized phenomena of transition to film boiling at transient condition. The CHFs were measured on 1.0 mm diameter horizontal cylinder of platinum for exponential heat generation rates with various periods for saturated liquids at atmospheric pressure. The incipience of boiling processes was completely different depending on pre-pressurization. Also, the dependence of pre-pressure in transient CHFs changed due to the wettability of boiling liquids. The trend of typical CHFs were clearly divided into the first, second and third groups for long, short and intermediate periods, respectively. By the effect of pre-pressurization, the boiling incipience mechanism was replaced from that by active cavities entraining vapor to that by the HSN in originally flooded cavies.
Despite extensive research efforts, the mechanism of the nucleate boiling phenomena is still not clear. A direct numerical simulation of the boiling phenomena is one of the promising approaches in order to clarify its heat transfer characteristics and discuss their mechanism. Therefore, many DNS procedures have been developed based on recent highly advancing computer technologies. This brief review focuses on the state of the art in direct numerical simulation of the pool boiling phenomena over the past two decades. In this review, the fundamentals of the boiling phenomena and the bubble departure and micro-layer models are briefly introduced, and then the numerical procedures for tracking or capturing interface/surface shape such as the front tracking method, level set method, volume of fluid treatments, and other methods (Lattice Boltzmann method, phase-field method and so on) are briefly reviewed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.9
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pp.605-613
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2017
Recently, efficient heat dissipation has become necessary because of the miniaturization of devices, and research on boiling on micro-channels has attracted attention. However, in the case of micro-channels, the friction coefficient and heat transfer characteristics are different from those in macro-channels. This leads to large errors in the micro scale results, when compared to correlations derived from the macro scale. In addition, due to the complexity of the mechanism, the boiling phenomenon in micro-channels cannot be approached only by experimental and theoretical methods. Therefore, numerical methods should be utilized as well, to supplement these methods. However, most numerical studies have been conducted on macro-channels. In this study, we applied the lattice Boltzmann method, proposed as an alternative numerical tool to simulate the boiling phenomenon in the micro-channel, and predicted the bubble growth process in the channel.
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