We developed a three dimensional Navier-Stokes code based on the level set method to simulate two phase flows with high density ratio. The Navier-Stokes equations with consideration of the surface tension effects are solved by using SIMPLE algorithm on a non-staggered grid. The present code is validated by simulating two test problems. First one is to simulate a rising bubble inside a cube. The thickness of the interface of the bubble is shown to affect the pressure distribution around the interface. As the thickness decreases, the pressure field around the interface becomes more oscillatory. As the bubble rises, a ring vortex is shown to form around the interface and the bubble eventually develops into an ellipsoidal shape. Merge of two bubbles inside a container is secondly tested to show the robustness of the present code for two phase flow simulation. Numerical results show stable and reliable behavior during the process of merging of two bubbles. The velocity and pressure fields around the interface of bubbles are shown oscillation free during the merging of two bubbles.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.12
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pp.1563-1575
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1997
To understand EHD nucleate boiling heat transfer enhancement, EHD effects on R-113 nucleate boiling heat transfer in a non-uniform electric field were investigated. The pool boiling heat transfer and the dynamic behavior of bubbles in d.c./a.c. electric fields under a saturated or subcooled boiling were studied by using a plate-wire electrode and a high speed camera. From the pool boiling heat transfer study, the shift of the pool boiling curve, the increase of the heat transfer and the delay of ONB and CHF points to higher heat fluxes were observed. From the dynamic behavior of bubbles, it was observed that bubbles departed away from the whole surface of the heated wire in radial direction due to EHD effects by a nonuniform electric field. With increasing applied voltages, the bubble size decreased and the active nucleation site and the departure number of bubbles showed the different trend. The present study indicates that the EHD nucleate boiling heat transfer is closely connection with the dynamic behavior of bubbles and the secondary flow induced near the heated surface. Therefore, the basic studies on the bubble behavior such as bubble frequency, bubble diameter, bubble velocity and flow characteristics are necessary for complete understanding of the enhancement mechanism of the boiling heat transfer using an electric field.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.2
s.107
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pp.190-197
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2006
It is well known that the acoustic characteristics of the sea are significantly affected by bubbles which have their own inherent characteristics at the undersea. In this study, the shape and acoustic characteristics of air bubbles generated by an underwater nozzle are calculated numerically, and are measured with a high speed camera and a hydrophone at various air flow rates in the experimental apparatus. As a result of analysis, the shape calculated numerically well matched with measured values at low flow rates, but in case of relatively higher flow rates. the use of correction coefficient is needed for more accurate estimation of the bubble shape. And also the rising velocity of a single bubble is constant regardless of both the bubble size and the flow rate. and the acoustic signal generated when the bubble is produced by an underwater nozzle has the same characteristic of natural frequency of the bubble pulsation, and is agreed with Minnaert's equation if the correction coefficient is considered in accordance with the flow rate.
In multiphase flne the bubble size and velocity. To achieve this, one of approaches is to utilize laser phase-Doppler anemometry. However, it was found that the second order refraction has great impact on PDA sizing method when the relative refractive index of media is less than one. In this paper, the problem of second order refraction is investigated and a model of phase-size correlation to eliminate the measurement errors is introduced for bubble sizing. As a result, the model relates the assumption of single scattering mechanism in conventional phase-Doppler anemometry. The results of simulations based on this new model by using Generalized Lorenz Mie Theory (GLMT) are compared with those based on the conventional method. An optimization method for accurately sizing air-bubble in water has been suggested.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.3
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pp.373-380
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2001
In this study, a single Taylor bubble and a train of Taylor bubbles rising in a vertical tube were simulated numerically. A finite difference method was used to solve the mass and momentum equations for the liquid-gas region. The liquid-gas interface was captured by a level set function which is defined a signed distance from the interface. For a train of Taylor bubbles repeated periodically in space, the periodic conditions were imposed at the boundaries normal to the gravitational direction and the pressure boundary conditions were iteratively determined so that the computed flow rate should be equal to a given flow rate. Based on the numerical simulation, the calculated shape and rise velocity of a Taylor bubble were found to be in good agreement with the experimental data reported in the literature.
A drop impact on the liquid film/pool generates several phenomena such as the drop floating, bouncing, formation of vortex ring, jetting, bubble entrapment and splashing. These phenomena depend on the impact velocity, the drop size, the drop properties and the liquid film/pool thickness. These parameters can be summarized by four main dimensionless parameters; Weber number, Ohnesorge number, Froude number and non-dimensional film/pool thickness. In the present study, the phenomena of the splashing and bubble entrapment due to the drop impact on the liquid film/pool were numerically investigated by using a Level Set method for the sharp interface tracking of two distinct phases. After the drop impact, the splashing phenomena with the crown formation and spreading were predicted. Under the specific conditions, the bubble entrapment at the base of the collapsing cavity due to the drop impact was also observed. The numerical results were compared to the available experimental data showing good agreements.
The velocity and motion of single air bubbles rising through lubricant have been experimentally investigated to test the effect of silicon defoamant The investigation reveals that the velocity is markedly retarded by the addition of small amount of silicone defoamant. This retardation of rising velocity of air bubbles is proposed by increasing of Drag force or reducing of Buoyancy force around the surfaces of the bubbles.
The microbubbles were used in various fields, such as turbulent control, drag reduction, material science and life science. The X-ray PTV using X-ray micro-imaging technique was employed to mea-sure the size and velocity of micro-bubbles moving in an opaque tube simultaneously. Micro-bubbles of $10{\sim}60{\mu}m$ diameter moving upward in an opaque tube (${\phi}$=2.7mm) were tested. Due to the different refractive indices of water and air, phase contrast X-ray images clearly show the exact size and shape of over-lapped microbubbles. In all of the working fluids tested (deionized water, tap water, 0.01 and 0.10M NaCl solutions), the measured terminal velocity of the microbubbles rising through the solution was proportional to the square of the bubble diameter. The rising velocity was increased with increasing mole concentration. The microbubble can be useful as contrast agent or tracer in life science and biology. The X-ray PTV technique should be able to extract useful information on the behavior of various bio/microscale fluid flows that are not amenable to analysis using conventional methods.
Kim, Gyurak;Choi, Seong Whan;Kim, Yoon Kee;Kim, Kyung Chun
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.10
no.2
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pp.14-19
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2012
An optical fiber probe system for measuring the local void fraction in the air-water two-phase flow was developed with a 1550 nm light source. Air was injected through a nozzle placed in the center of the bottom wall of a water-filled cylindrical tank. The optical fiber probe having a diameter of $125{\mu}m$ was sufficiently thin to resolve the air-water interface of the bubbly flows. To verify the performance of the optical fiber probe, the synchronized high speed visualization study using a high speed camera was carried out. Comparison between the optical signals and the instantaneous bubble diffraction images confirms that the optical fiber probe is very accurate to measure the void fraction in two-phase flows. The estimated bubble diameter and the rising velocity by the optical fiber probe have 1% and 5% of accuracy, respectively.
The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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v.6
no.1
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pp.1-8
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1977
This paper describes an experimental investigation which has been carried out with distilled water with the range of heat flux and pressure covering 7,400-28,000kcal/$m^2/h$ and 0.42-1.0332kg/$cm^{2}abs$, respectively. In this experiment, Nickel coated mirror surface heater of 5 cm O.D. was used as a heating source. The conclusions summerized as follows;1. The useful correlation of the test data for the heat transfer coefficient is presented as a function of the pressure. $$a/a_{s}=c{\times}p\;0.18$$ where a is the heat transfer coefficient and $a_s$ is the heat transfer coefficient at atmospheric pressure and p is the pressure, C is constant. 2. The bubble diameter near the heating surface and rising velocity increased with the heat flux. 3. A decrease in pressure results in the decrease of the number of nucleation sites and the increase of the bubble volume. 4. Bubble rising velocity differences are incrased maximumly up to $200\%$ of that at atmopheric pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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