The demand for eco-friendly energy is expected to increase due to the recently strengthened environmental regulations. In particular, the flow inside the pipe used in a cargo handling system (CHS) or fuel gas supply system (FGSS) of hydrogen transport ships and hydrogen-powered ships exhibits a very complex pattern of multiphase-thermal flow, including the boiling phenomenon and high accuracy analysis is required concerning safety. In this study, a feasibility study applying the boiling model was conducted to analyze the multiphase-thermal flow in the pipe considering the phase change. Two types of boiling models were employed and compared to implement the subcooled boiling phenomenon in nucleate boiling numerically. One was the "Rohsenow boiling model", which is the most commonly used one among the VOF (Volume-of-Fluid) boiling models under the Eulerian-Eulerian framework. The other was the "wall boiling model", which is suitable for nucleate boiling among the Eulerian multiphase models. Moreover, a comparative study was conducted by combining the nucleate site density and bubble departure diameter model that could influence the accuracy of the wall boiling model. A comparison of the Rohsenow boiling and the wall boiling models showed that the wall boiling model relatively well represented the process of bubble formation and development, even though more computation time was consumed. Among the combination of models used in the wall boiling model, the simulation results were affected significantly by the bubble departure diameter model, which had a very close relationship with the grid size. The present results are expected to provide useful information for identifying the characteristics of various parameters of the boiling model used in CFD simulations of multiphase-thermalflow, including phase change and selecting the appropriate parameters.
Han aehoon;Alajbegovic Ales;Seo Hyeoncheol;Blahowsky Peter
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.389-392
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2002
In many industrial applications, multiphase flow analysis is the norm rather than an exception as compared to more-conventional single-phase investigation. This paper describes the implementation of the multiphase flow simulation capability in the general purpose CFD software AVL FIRE/SWIFT. The governing equations are discretized based on a finite volume method (FVM) suitable fur very complex geometry, The pressure field is obtained using the SIMPLE algorithm. Depending on the characteristics of the multiphase flow to be examined, the user can choose either the two-fluid model or an explicit interface-tracking model based on the Volume-of-Fluid approach. For truly 'multi'-phase flow problems, it is also possible to apply a hybrid model where certain phases are explicitly tracked while the other phases are handled by the two fluid model. In order to demonstrate the capability of the method, applications to the Taylor bubble flow simulations are presented.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.9
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pp.787-792
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2015
Recently, 3D printing technology is a hot issue in various industrial fields. According to the user's application, it allows for the free form fabrication method to be utilized in a wide range. The powder based fusion technique is one of the 3D printing methods. When using this method it is possible to apply the various binder jetting techniques such as piezo, thermal bubble jet, dispenser and so on. In this paper, a multi thermal bubble ink jet was integrated for jetting of powder binding material and developing a power fused 3D printing system. For high quality 3D printing parts, it needs an analysis and evaluation of the behavior of the thermal bubble ink jet head. In the experiment, a correlation between jetting binder quantity and layer thickness of powder was investigated, and a 3D part model was fabricated, which was used by measuring the scale factor.
The spanwise flow structure around a rigid smooth circular cylinder model in cross-flow has been investigated based on the experimental data obtained from a series of wind tunnel tests. Surface pressures were collected at five spanwise locations along the cylinder over a Reynolds number range of $1.14{\times}15^5$ to $5.85{\times}10^5$, which covered sub-critical, single-bubble and two-bubble regimes in the critical range. Separation angles were deduced from curve fitted to the surface pressure data. In addition, spanwise correlations and power spectra analyses were employed to study the spatial structure of flow. Results at different spanwise locations show that the transition into single-bubble and two-bubble regimes could occur at marginally different Reynolds numbers which expresses the presence of overlap regions in between the single-bubble regime and its former and later regimes. This indicates the existence of three-dimensional flow around the circular cylinder in cross-flow, which is also supported by the observed cell-like surface pressure patterns. Relatively strong spanwise correlation of the flow characteristics is observed before each transition within the critical regime, or formation of first and second separation-bubbles. It is also noted that these organized flow structures might lead to greater overall aerodynamic forces on a circular cylinder in cross-flow within the critical Reynolds number regime.
Three-dimensional transient simulation of laser-GMA hybrid welding involving multiple physical phenomena is conducted neglecting the interaction effect of laser and arc heat sources. To reproduce the bubble and pore formations in welding process, a new bubble model is suggested and added to the established laser and arc welding models comprehending VOF, Gaussian laser and arc heat source, recoil pressure, arc pressure, electromagnetic force, surface tension, multiple reflection and Fresnel reflection models. Based on the models mentioned above, simulations of laser-GMA hybrid butt welding are carried out and besides the molten pool flow, top and back bead formations could be observed. In addition, the laser induced keyhole formation and bubble generation duo to keyhole collapse are investigated. The bubbles are ejected from the molten pool through its top and bottom regions. However, some of those are entrapped by solid-liquid interface and remained as pores. Those bubbles and pores are intensively generated when the absorption of laser power is largely reduced and consequently the full penetration changes to the partial penetration.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.1
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pp.54-64
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1996
It seems that blowing air bubble out of the bulb surface of a ship of flat bottom will reduce the frictional resistance, since wetted area of the hull surface is reduced owing to air bubble staying close to the surface. To as certain this concept, at first, the limiting streamlines around the bow was observed, and local distribution of pressure and shear stress, due to the change of air-blowing position, air supply pressure, and the model speed, was investigated. It was found that the local friction was reduced near the bulb and air-bubble formations also play an important role as a drag component. This paper can be considered as a preliminary study on the drag reduction of conventional ships by the micro-bubble injection.
Dissolved air flotation (DAF) is a solid-liquid separation process that uses fine rising bubbles to remove particles in water. Most of particle-bubble collision occurs in the DAF contact zone. This initial contact considered by the researchers to play a important role for DAF performance. It is hard to make up conceptual model through simple mass balance for estimating collision efficiency in the contact zone because coupled behavior of the solid-liquid-gas phase in DAF system is 90 complicate. In this study, 2-phase(gas-liquid) flow equations for the conservation of mass, momentum and turbulence quantities were solved using an Eulerian-Eulerian approach based on the assumption that very small particle is applied in the DAF system. For the modeling of turbulent 2-phase flow in the reactor, the standard $k-{\varepsilon}$ mode I(liquid phase) and zero-equation(gas phase) were used in CFD code because it is widely accepted and the coefficients for the model are well established. Particle-bubble collision efficiency was calculated using predicted turbulent energy dissipation rate and gas volume fraction. As the result of this study, the authors concluded that bubble size and recycle ratio play important role for flow pattern change in the reactor. Predicted collision efficiency using CFD showed good agreement with measured removal efficiency in the contact zone. Also, simulation results indicated that collision efficiency at 15% recycle ratio is higher than that of 10% and showed increasing tendency of the collision efficiency according to the decrease of the bubble size.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.4
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pp.65-72
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2011
Numerical simulation has been performed to investigate the bubbly flow in the liquid with vertical temperature gradient. The objective of this study is to establish an accurate numerical prediction program of gas-liquid two-phase flows in a vertical temperature gradient condition, whose mathematical model is formulated by the Eulerian-Lagrangian model. The present numerical results reveal the temperature mixing mechanism and the fluid dynamical characteristics induced by the bubbly flow in the liquid with stratified temperature. The effects of bubble radius, void fraction, and gas flow rate on bubble-driven convective flow are considered, too.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05b
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pp.241-246
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1996
An analytical model to calculate rate of vapor generation due to heterogeneous wall nucleation in flashing flow is developed. In the present model, an important parameter of the vapor generation term, i.e. nucleation site density is calculated by integrating its probability distribution function with respect to active cavity radius. The limits of integration are minimum and maximum active cavity radii, and these are formulated using an active cavity model for nucleate boiling. This formulation, therefore. can statistically account for the effect of surface specific thermo-physical and geometric conditions on the vapor generation rate and flashing inception. For verifying the adequacy of the present model, steady state two-fluid and the bubble transport equations are solved with applicable constitutive equations. The applicable region of the bubble transport equation is also extended to churn-turbulent flow regime to predict interfacial area concentration at high void fraction. Predicted results in terms of axial pressure and void fraction profiles along the channels are compared with experimental data of Super Moby Dick and BNL Reasonable agreements have been achieved and this shows the applicability of the present model to flashing flow analysis.
Jang, Ji Hwa;Seo, Myung Jae;Lim, Dae Ho;Kang, Yong;Jung, Heon;Lee, Ho Tae
Korean Chemical Engineering Research
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v.47
no.5
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pp.587-592
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2009
Heat transfer model and energy dissipation rate were investigated to examine the heat transfer mechanism in bubble columns with continuous operation. The energy dissipation rate($E_D$) obtained from the unsteady state heat transfer model based on the surface renewal theory was significantly small, comparing with the hydrodynamic energy dissipation rate($P_v$) calculated from the overall hydrodynamic energy balance based on the behaviors and holdups of gas and liquid phases in the column. It was found from these results that the energy dissipation rate based on the surface renewal theory is independent of the hydrodynamic energy dissipation rate obtained from the overall hydrodynamic energy balance in the bubble column, in considering their mechanism. The different two energy dissipation rates were correlated in terms of operating variables within this experimental conditions, respectively.
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