This paper presents an approximate analytical solution to a two-region one-dimensional model for the charging process of stratified thermal storage tanks with variable inlet temperature in the presence of momentum-induced mixing. Based on the superposition principle, an arbitrary-varying inlet temperature is decomposed into inherent discontinuous steps and continuous intervals approximated as a finite number of piecewise linear functions. This approximation allows the temperature of the upper perfectly-mixed layer to be expressed in terms of constant, linear and exponential functions with respect to time. Applying the Laplace transform technique to the model equation for the lower thermocline layer subject to each of three representative interfacial conditions yields compact-form solutions, a linear combination of which constitutes the final temperature profile. A systematic method for deriving solutions to the plug-flow problem having polynomial-type boundary conditions is also established. The effect of adiabatic exit boundary on solution behaviors proves to be negligible under the actual working conditions, which justifies the assumption of semi-infinite domain introduced in the solution procedure. Finally, the approximate solution is validated by comparing it with an exact solution obtained for a specific variation of inlet temperature. Excellent agreements between them suffice to show the necessity and utility of this work.
The microchannel flow in miniature TCDs (thermal conductivity detectors) is investigated numerically. The solutions based on the boundary layer approximation are not very accurate in the region of the duct inlet for low Reynolds numbers. In this study, two-dimensional Navier-Stokes equations are considered to analyze the gas flow in a miniature TCD. Effects of channel size, inlet and boundary conditions on the heat transfer rate are examined. When the gas stream is not preheated, the distances for a miniature TCD to reach the conduction-dominant region for duct flow are found to be approximately two and three times the thermal entry length for duct flow with constant properties, respectively, leer constant wall temperature and constant wall heat flux boundary conditions. If the gas temperature at the channel inlet is close to the mean gas temperature in the conduction-dominant region, the entrance region is much shorter compared to other cases considered in this study.
본 연구에서는 직사각형 밀폐공간내에서 자연대류와 복사의 상호 영향에 대해 서 P-1 근사를 이용하여 수치적으로 해석하였다.밀폐공간내에서의 온도분포, 속도 분포 및 열전달계수를 구하였으며 열경계층내에서의 전도와 복사의 상호 영향에 대하 여 고찰하였다. 표면 복사만이 존재하는 경우에 대해서도 고찰함으로써 P-1 근사의 적용한계를 규명하였다. 벽면을 산광 방사 및 반사체(diffuse emitter and reflec- tor)로, 기체는 회색체(gray body)로 가정하였다. 이는 복사 물성치의 파장에 따른 변화를 고려할 때의 대단히 복잡한 계산 과정을 피할 수 있고, 현재의 이론적 수준에 비추어 복사 열전달의 열향을 정성적으로 규명하는데 타당한 가정이다.
The stresses and deflections in a laminated rectangular plate under thermal vibration are determined by using the moving least squares differential quadrature (MLSDQ) method based on the first order shear deformation theory. The weighting coefficients used in MLSDQ approximation are obtained through a fast computation of the MLS shape functions and their partial derivatives. By using this method, the governing differential equations are transformed into sets of linear homogeneous algebraic equations in terms of the displacement components at each discrete point. Boundary conditions are implemented through discrete grid points by constraining displacements, bending moments and rotations of the plate. Solving this set of algebraic equations yields the displacement components. Then substituting these displacements into the constitutive equation, we obtain the stresses. The approximate solutions for stress and deflection of laminated plate with cross layer under thermal load are obtained. Numerical results show that the MLSDQ method provides rapidly convergent and accurate solutions for calculating the stresses and deflections in a multi-layered plate of cross ply laminate subjected to thermal vibration of sinusoidal temperature including shear deformation with a few grid points.
This article synthesizes the literature on the meteorology, experimental simulation, and wind engineering ramifications of intense downburst outflows. A novel design of a large-scale test facility and experimental evidence of its validity are presented. A two-dimensional slot jet is used to simulate only the outflow region of a downburst. Profiles of mean velocity and turbulence quantities are acquired using hot-wire anemometry. Comparison with the literature provides empirical evidence that supports the current approach. A geometric analysis considers the validity of applying a two-dimensional approximation for downburst wind loading of structures. This analysis is applicable to power transmission lines in particular. The slot jet concept can be implemented in a large boundary layer wind tunnel to enable large-scale laboratory experiments of thunderstorm wind loads on structures.
A singularly perturbed reaction-diffusion fourth-order ordinary differential equation(ODE) with discontinuous source term is considered. Due to the discontinuity, interior layers also exist. The considered problem is converted into a system of weakly coupled system of two second-order ODEs, one without parameter and another with parameter ε multiplying highest derivatives and suitable boundary conditions. In this paper a computational method for solving this system is presented. A zero-order asymptotic approximation expansion is applied in the second equation. Then, the resulting equation is solved by the numerical method which is constructed. This involves non-overlapping Schwarz method using Shishkin mesh. The computation shows quick convergence and results presented numerically support the theoretical results.
In this article, we present a numerical scheme for solving singularly perturbed (i.e. highest -order derivative term multiplied by small parameter) Burgers-Huxley equation with appropriate initial and boundary conditions. Most of the traditional methods fail to capture the effect of layer behavior when small parameter tends to zero. The presence of perturbation parameter and nonlinearity in the problem leads to severe difficulties in the solution approximation. To overcome such difficulties the present numerical scheme is constructed. In construction of the numerical scheme, the first step is the dicretization of the time variable using forward difference formula with constant step length. Then, the resulting non linear singularly perturbed semidiscrete problem is linearized using quasi-linearization process. Finally, differential quadrature method is used for space discretization. The error estimate and convergence of the numerical scheme is discussed. A set of numerical experiment is carried out in support of the developed scheme.
A numerical study for vapor absorption into LiBr-H$_{2}$O solution film flowing over horizontal circular tubes has been carried out. The momentum, energy and diffusion equations, which are parabolized by the boundary- layer approximation, are solved simultaneously for various mass-flow rates and inlet conditions. The results for the velocity, temperature and concentration fields, as well as the heat and mass flux at the free surface are presented. The effects of inlet conditions, i.e., flow rate, temperature and concentration, on the absorption process are also examined and discussed.
A numerical study for the flow, heat and mass transfer characteristics of the evaporating tube with the films flowing down on both the inside and outside tube walls has been carried out. The condensation occurs along the outside wall while the evaporation occurs at the free surface of the inside film. The transport equations for momentum and energy are parabolized by the boundary-layer approximation and solved by using the marching technique. The calculation domain of 2 film flow regions (evaporating and condensation films at the inside and outside tube wall respectively) and tube wall is solved simultaneously. The coupling technique for the problem with the 3 different regions and the 2 interfaces of them has been developed to calculate the temperature field. The velocity and temperature fields and the amount of the condensed and evaporated mass as well as the position where the evaporating film is completely dried out are successfully predicted for various inside pressures and inside film inlet flow rates.
Interaction of flames in a lean-rich concentration field is studied numerically adopting a counterflow as a model problem. Detailed kinetic mechanism is adopted in analyzing the structure of various type of flames which can be found in lean-rich interaction. Flow field is simplified to quasi one-dimensional by using boundary layer approximation and similarity formulation. Triple flames are identified and its structure shows that a diffusion flame is located in the middle of two premixed flames. Such a diffusion flame is formed by $H_2$ and CO generated from the rich premixed flame and $O_2$ leaked from the lean premixed flame. The flame position can be identified either from the hydrogen production rate or the heat release rate. Transition from single diffusion flame to triple flame is observed as degree of premixing is increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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