Experiments are conducted to study bubble flow behavior during the instability of subcooled boiling under uniform and non-uniform transverse heating. The non-uniform heat distribution introduces nonuniform bubble generation and condensation rates on the heated surface, which is different from the uniform heating. These bubble generation and condensation characteristics introduce a non-uniform local pressure distribution in the transverse direction, which creates an extra non-uniform pressure on the flowing bubbles. Therefore, different bubble flow behavior can be observed between uniform and non-uniform heating conditions. In the uniform heating, bubble velocity fluctuations are low, and the bubbles travel straight along the axial direction. In the non-uniform heating, more fluctuation in the bubble velocity occurs at low mass flow rate and high subcooled inlet temperatures, and reverse flow is observed. Additionally, the bubbles show a zigzag trajectory when they pass through the channel, which indicates the existence of cross flow in the transverse direction.
The success of SDB (silicon wafer direct bonding) technology can be estabilished by bonding on the bonded interface with no defects and Preventing temperature dependent bubbles. In this research, we observed the behavior of the intrinsic bubbles by transmitting the infrared light and the increase of the bubble pressure was found. And, the $SiO_2$-$SiO_2$ bonded wafer was achieved, which generates no intrinsic bubbles in the annealing under the atmospheric pressure. The intrinsic bubbles in the $SiO_2$-$SiO_2$ bonded wafer were generated in the annealing in the ultra high vacuum. This experimental result shows the relation between the bubble growth and the pressure.
A fluidized bed combustion chamber is widely used to incinerate waste material. The most important factor designing the incinerator is the flow characteristics in a fluidized bed, because combustion efficiency is influenced by the flow characteristics. This paper has invesitigated the flow characteristics of bubbles in fluidized bed by means of meassuring a pressure fluctuation in the fluidized bed. A pressure probe system has used to measure the pressure. The data concerned with bubble rising velocity, bubble size, distribution of bubbles and frequency of bubble generation or decay are obtained to find the flow characteristics of bubbles in the fluidized bed. The result obtained from this experimental study can be used to design the fuel feeding system of fluidized bed combustion type incinerator. And it is possible to predict the mixing of waste material and fluidizing material.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.4
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pp.439-449
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2018
In this paper, multi-objective optimization of a multi-bubble pressure cabin in the underwater glider with Blended-Wing-Body (BWB) is carried out using Kriging and the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II). Two objective functions are considered: buoyancy-weight ratio and internal volume. Multi-bubble pressure cabin has a strong compressive capacity, and makes full use of the fuselage space. Parametric modeling of the multi-bubble pressure cabin structure is automatic generated using UG secondary development. Finite Element Analysis (FEA) is employed to study the structural performance using the commercial software ANSYS. The weight of the primary structure is determined from the volume of the Finite Element Structure (FES). The stress limit is taken into account as the constraint condition. Finally, Technique for Ordering Preferences by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) method is used to find some trade-off optimum design points from all non-dominated optimum design points represented by the Pareto fronts. The best solution is compared with the initial design results to prove the efficiency and applicability of this optimization method.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.2
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pp.165-171
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2009
We developed a 'multi-point vibration acceleration method' for accurately predicting the cavitation intensity in pumps. Pressure wave generated by cavitation bubble collapse propagates and causes pump vibration. We measured vibration accelerations at several points on a casing, suction and discharge pipes of centrifugal and mixed-flow pumps. The measured vibration accelerations scattered because the pressure wave damped differently between the bubble collapse location and each sensor. In a conventional method, experimental constants are proposed without evaluating pressure propagation paths, then, the scattered vibration accelerations cause the inaccurate cavitation intensity. In our method, we formulated damping rate, transmittance of the pressure wave, and energy conversion from the pressure wave to the vibration along assumed pressure propagation paths. In the formulation, we theoretically defined a 'pressure propagation coefficient,' which is a correlation coefficient between the vibration acceleration and the bubble collapse pressure. With the pressure propagation coefficient, we can predict the cavitation intensity without experimental constants as proposed in a conventional method. The prediction accuracy of cavitation intensity is improved based on a statistical analysis of the multi-point vibration accelerations. The predicted cavitation intensity was verified with the plastic deformation rate of an aluminum sheet in the cavitation erosion area of the impeller blade. The cavitation intensities were proportional to the measured plastic deformation rates for three kinds of pumps. This suggests that our method is effective for estimating the cavitation intensity in pumps. We can make a cavitation intensity map by conducting this method and varying the flow rate and the net positive suction head (NPSH). The map is useful for avoiding the operating conditions having high risk of cavitation erosion.
In this article, vapor bubble nucleation in liquid and the evaporation process of a liquid droplet at its superheat limit were discussed from the viewpoint of molecular clustering (molecular cluster model for bubble nucleation). For the vapor bubble formation, the energy barrier against bubble nucleation was estimated by the molecular interaction due to the London dispersion force. Bubble nucleation by quantum tunneling in liquid helium under negative pressure near the absolute zero temperature and bubble nucleation on cavity free micro heaters were also presented as the homogenous nucleation processes.
Interfacial pressure jump terms based on the physics of phasic interface and bubble dynamics are introduced into the momentum equations of the two-fluid model for bubbly flow. The pressure discontinuity across the phasic interface due to the surface tension force is expressed as the function of fluid bulk moduli and bubble radius. The consequence is that we obtain from the system of equations the real eigenvalues representing the void-fraction propagation speed and the pressure wave speed in terms of the bubble diameter. Inversely, we obtain an analytic closure relation for the radius of bubbles in the bubbly flow by using the kinematic wave speed given empirically in the literature. It is remarkable to see that the present mechanistic model using this practical bubble radius can indeed represent both the mathematical well-posedness and the physical wave speeds in the bubbly flow.
The mechanism of micro-bubble generation with a pump is not clarified yet, so the design of water treatment systems with a micro-bubble generating pump is based on trial and error methods. This study tried to explain clearly quantitative relationships of experimental micro-bubble concentration ($C_{air}$) of continuous operation tests with a micro-bubble generating pump and theoretical air solubility. Operation parameters for the tests were discharge pressure ($P_g$), water ($Q_{w0}$) and air ($q_0$) flow rates, orifice diameter ($D_o$), and retention time (t). The experimental micro-bubble concentrations ($C_{air}$) at 4.8 atm of discharge pressure ($P_g$) were in the range of 21.04 to 25.29 mL/L. When the retention time (t) by changing the pipe line length ($L_p$) increased from 1.22 to 6.77s, the experimental micro-bubble concentrations ($C_{air}$) increased from 25.86 to 30.78 mL air/L water linearly. The dissolved and dispersed micro-bubble concentrations ($C_{air}$) are approximately 4 times more than the theoretical air solubility.
Murallidharan, Janani;Giustini, Giovanni;Sato, Yohei;Niceno, Bojan;Badalassi, Vittorio;Walker, Simon P.
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.4
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pp.859-869
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2016
Component-scale modeling of boiling is predominantly based on the Eulerian-Eulerian two-fluid approach. Within this framework, wall boiling is accounted for via the Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) model and, within this model, the bubble is characterized using three main parameters: departure diameter (D), nucleation site density (N), and departure frequency (f). Typically, the magnitudes of these three parameters are obtained from empirical correlations. However, in recent years, efforts have been directed toward mechanistic modeling of the boiling process. Of the three parameters mentioned above, the departure diameter (D) is least affected by the intrinsic uncertainties of the nucleate boiling process. This feature, along with its prominence within the RPI boiling model, has made it the primary candidate for mechanistic modeling ventures. Mechanistic modeling of D is mostly carried out through solving of force balance equations on the bubble. Forces incorporated in these equations are formulated as functions of the radius of the bubble and have been developed for, and applied to, low-pressure conditions only. Conversely, for high-pressure conditions, no mechanistic information is available regarding the growth rates of bubbles and the forces acting on them. In this study, we use direct numerical simulation coupled with an interface tracking method to simulate bubble growth under high (up to 45 bar) pressure, to obtain the kind of mechanistic information required for an RPI-type approach. In this study, we compare the resulting bubble growth rate curves with predictions made with existing experimental data.
Shin, Seung Chul;Lee, Gang Nam;Jung, Kwang Hyo;Park, Hyun Jung;Park, Il Ryong;Suh, Sung-bu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.35
no.1
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pp.38-49
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2021
Slug flow is the most common multi-phase flow encountered in oil and gas industry. In this study, the hydrodynamic features of flow in pipes investigated numerically using computational fluid dynamic (CFD) simulations for the effect of slug flow on the vertical and bent pipeline. The compressible Reynold averaged Navier-Stokes (RANS) equation was used as the governing equation, with the volume of fluid (VOF) method to capture the outline of the bubble in a pipeline. The simulations were tested for the grid and time step convergence, and validated with the experimental and theoretical results for the main hydrodynamic characteristics of the Taylor bubble, i.e., bubble shape, terminal velocity of bubble, and the liquid film velocity. The slug flow was simulated with various air and water injection velocities in the pipeline. The simulations revealed the effect of slug flow as the pressure occurring in the wall of the pipeline. The peak pressure and pressure oscillations were observed, and those magnitudes and trends were compared with the change in air and water injection velocities. The mechanism of the peak pressures was studied in relation with the change in bubble length, and the maximum peak pressures were investigated for the different positions and velocities of the air and water in the pipeline. The pressure oscillations were investigated in comparison with the bubble length in the pipe and the oscillation was provided with the application of damping. The pressures were compared with the case of a bent pipe, and a 1.5 times higher pressures was observed due to the compression of the bubbles at the corner of the bent. These findings can be used as a basic data for further studies and designs on pipeline systems with multi-phase flow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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