Experimental study was conducted to elucidate flame extinction phenomena in counterflow flame. Using a curtain helium flow significantly reduced buoyancy such that the flame can be positioned at the center between the upper and lower nozzles even at the velocity ratio of 1.0. The curves of critical diluent mole fraction versus global strain rate have C-shapes. The flame oscillation was observed prior to low strain rate flame extinction at both flame conditions with and without minimizing buoyancy force. The results show that, at low strain rate flame, the self-excitation frequency with the order of 1.0 Hz in the case of utilizing pure helium gradually decreases in increase of $N_2$ mole fraction in the curtain flow, meaning that buoyancy suppresses the self-excitation of the outer edge flame.
Turbulent mixed convection in heated vertical annulus is investigated using Direct Numerical Simulation (DNS) technique. The objective of this study is to find out the effect of buoyancy on turbulent mixed convection in heated vertical annulus. Downward and upward flows with bulk Reynolds number 8500, based on hydraulic diameter and mean velocity, have been simulated to investigate turbulent mixed convection by gradually increasing the effect of buoyancy. With increased heat flux, heat transfer coefficient first decreases and then increases in the upward flow due to the effect of buoyancy, but it gradually increases in downward flow. The mean velocity and temperature profiles can not be explained by the wall log laws due to the effect of buoyancy, too. All simulation results are in good quantitative agreement with existing numerical results and in good qualitative agreement with existing experimental results.
A numerical investigation is conducted to search for the optimal flow rate for a rotating-disk chemical vapor decomposition reactor operating at a high temperature and a low pressure. The flow of a gas mixture supplied into the reactor is modeled by a laminar flow of an ideal gas obeying the kinetic theory. The axisymmetric two-dimensional flow in the reactor is simulated by employing a CFD package FLUENT. With operating pressure and temperature fixed, numerical computations are performed by varying rotation rate and flow rate. Examination of the structures of flow and thermal fields leads to a flow regime diagram illustrating that there are a stable plug-like flow regime and a few unfavorable flow regimes induced by mass unbalance or buoyancy. The criterion for sustaining a plug-like flow regime is discussed based on a theoretical scaling argument. Interpretation of the flow regime map suggests that a favorable flow is attainable with a minimum flow rate at the smallest rotation rate guaranteeing the dominance of rotation effects over buoyancy.
The subchannel analysis was performed to verify the behavior of hot channel characteristics and obtain the information to support the core thermal-hydraulic behavior at post-trip steam line break with low flow condition. During this postulated accident, buoyancy-induced cross flow occurs, and the coupled nuclear and thermal-hydraulic interactions become important. The code predictions with TORC are in good agreement with the test data. Under such conditions, the mass flow increase in the hot channel by buoyancy-induced cross flow depends on the parameter $GR^{*}\;/\;Re^2$, and buoyancy effect becomes more noticeable as $GR^{*}\;/\;Re^2$ increases.
The present numerical study investigates flow characters and heat transfer enhancement by the viscoelastic-driven secondary flow and buoyancy effect in a 2:1 rectangular duct. Three versions of thermal boundary conditions involving difference combination of heated walls and adiabatic walls are analyzed in this study. The Reiner-Rivlin model is adopted as a viscoelastic fluid model to simulate the secondary flow and temperature-dependent viscosity model is used. Calculated Nusselt numbers are very good agreement with experimental results for reported viscoelastic fluids. It is found that the heat transfer enhancement is mainly caused by the viscoelastic-driven secondary flow and buoyancy-induced secondary flow play a role of promoting this effect.
RANS 기반의 CFD 해석은 계산 효율성이 높아 실무 수리해석을 포함한 다양한 공학 분야에서 널리 적용되고 있으나 자유수면과 같이 이상유체흐름 해석에서 비물리적인 거동이 나타나는 문제가 오랫동안 제기되어 왔다. 일반적인 RANS 기반의 해석에서 적용되는 2 방정식 난류 모형은 단상유체를 대상으로 개발되어 유체 밀도의 급격한 변화가 발생하는 이상유체에서는 경계면에서 실제와 다른 높은 난류 에너지 생성을 모의한다. 최근 이를 해결하기 위해 개발된 방법 중의 하나인 부력 수정 난류 모형은 해안 분야에 적용되어 일부 적합성이 검증되었으나 개수로 흐름에 적용된 사례는 없다. 본 연구에서는 오픈 소스 프로그램인 OpenFoam의 VOF 기법을 기반으로 부력 수정 난류 모형의 적용성을 평가하였다. 등류 흐름 적용 결과에 의하면 부력 수정 k-𝜖 모형과 부력 수정 k-ω SST 모형이 자유수면 부근에서의 난류 에너지 저감 현상을 잘 모의함을 확인하였으며, 특히 부력 수정 k-ω SST 모형은 연직 유속 분포를 잘 모의함을 확인하였다. 또한 댐 붕괴 흐름에 적용하여 수면형의 변동이 크고 공동이 형성되는 경우에 대해 검토하였다. 모의 결과 부력 수정 난류 모형은 VOF 기법에 따라 상이한 결과를 나타내며 실험결과와 다른 비물리적인 거동을 나타내었다. 부력 수정 난류 모형이 수면이 안정적인 형태인 경우에는 적용성이 있으나 자유 수면의 급격한 변화가 발생하는 경우에 범용적으로 적용하기에는 여전히 한계가 있는 것으로 나타났다. 수면형이 급격하게 변화하거나 공동이 형성되는 흐름의 경우에는 난류 모형에 대한 적절한 보정이 필요한 것으로 판단된다.
The present study investigates flow character and heat transfer behaviors of viscoelastic non-Newtonian fluid in a 2:1 rectangular duct. An axially-constant heat flux on bottom wall and peripherally constant temperature boundary condition(H1) was adopted. The Reiner-Rivlin fluid model is used as the normal stress model for the viscoelastic fluid and temperature-dependent viscosity model is adopted. The present results show a signifiant change of the main flow field which causes a large heat transfer enhancement. This phenomena can be explained by the combined effect of buoyancy, temperature-dependent viscosity and viscoelastic property on the flow.
본 연구에서는 수직 평판에 위치한 후향계단면 위를 흐르는 유체유동의 특성, 즉 재부착점, 박리 및 재순환 영역에 미치는 부력의 영향을 수치해석 및 실험으로 조사한다. 유동의 가시화를 통해 재부착점의 위치를 측정하며 레이저도플러 유속계 (5W,Ar-Ion,DANTEC)에 의한 속도분포 및 CTA(constant temperature anemoneter,55M01 과 55M20, DANTEC)를 사용한 온도분포를 동시에 측정 함으로써 유동 특성 및 열전달에 미치는 부력의 영향을 검토한다.
Characteristics of the fuel injection and entrainment of the primary air of gas burner have been investigated. Primary air flow rates that entrained by gas streams play major role to control the performance of the partially premixed combustion. Pressure distributions of mixing tube assembly are studied as major parameter for increasing the primary air flow rates. Buoyancy-effect burner is proposed as one alternative to improve the pressure distribution. Buoyancy effect caused by metal ring placed around the flame holes reduces pressure of the entrance of the mixing tube and that, entrained air flow rates are increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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