The present study numerically simulates the flow and heat transfer characteristics of rib-induced secondary flow in a square cooling channel with staggered V-shaped ribs, extruded on both walls. The rib pitch-to-height ratio (p/h) varies from 2.8 to 10 with the rib-height-to-hydraulic diameter ration (h/$D_h$)of 0.07 and the Reynolds number of 50,000. Shear stress transport (SST) turbulence model is used as a turbulence model. Computational results show that complex secondary flow patterns are generated in the channel due to the snaking flow in the streamwise direction for all tested cases. In the range of p/h=5 to 10 the staggered V-shaped rib gives about 3 times higher heat transfer augmentation than the reference smooth pipe with high heat transfer on both front side and the area around the leading edge of the ribs, while the former cases give about 18 times higher streamwise pressure drop than the latter ones. However, for the thermal performances, based on the equal pumping power condition, the case of p/h=2.8 gives the best result among three cases, mainly due to relatively low streamwise pressure drop, although it gives relatively low heat transfer augmentation.
Kim, Chong-Bo;Kang, Yong-Heack;Kim, Nam-Jin;Hur, Byung-Ki
Journal of Mechanical Science and Technology
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제16권3호
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pp.344-353
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2002
A reliable computational heat transfer model has been investigated to define the heat transfer characteristics of a spray column direct contact heat exchanger, which is often utilized in the process involving counterflows for heat and mass transfer operations. Most of the previous studies investigated are one-dimensional unsteady solutions based on rather fragmentary experimental data. Development of a multidimensional numerical model and a computational algorithm are essential to analyze the inherent multidimensional characteristics of a direct contact heat exchanger. The present study has been carried out numerically and establishes a solid simulation algorithm for the operation of a direct contact heat exchanger. Operational and system parameters such as the speed and direction of working fluid droplets at the injection point, and the effects of aspect ratio and void fraction of continuous fluid are examined thoroughly as well to assess their influence on the performance of a spray column.
The present study numerically investigates the natural convection heat transfer in a 2-D square cavity containing a centered heat conducting body. Special emphasis is given to the influences of the Rayleigh number, the dimensionless conducting body size, and the ratio of the thermal diffusivity of the body to that of the fluid on the natural convection heat transfer in overall concerned region. The analysis reveals that the fluid flow and heat transfer processes are governed by all of them. Results for isotherms, vector plots and wall Nusselt numbers are reported for Pr = 0.71 and relatively wide ranges of the other parameters. Heat transfer across the cavity, in comparison to that in the absence of a body, are enhanced (reduced) in general by a body with a thermal diffusivity ratio less (greater) than unity. It is also found that the heat transfer attains a minimum as the body size is increased with a thermal diffusivity ratio greater than unity.
A periodic CFD approach for the performance analysis of compact high temperature heat exchangers is introduced and applied to selected benchmark problems, which are a fully developed 2D laminar heat transfer, a conjugate heat transfer between parallel plates which have exact solutions, and a heat transfer in a real high temperature heat exchanger module. The results for the 2D laminar heat transfer and the 2D conjugate heat transfer showed a very good agreement with the exact solutions. For the high temperature heat exchanger module, the pressure drops were predicted well but some difference was observed in the temperature parameters when compared to the full channel CFD analysis due to assumptions introduced into the periodic approach. Considering its assumptions and simplicities, however, the results showed that the periodic approach provides physically reasonable results and it is sufficient to predict the performance of a heat exchanger within an engineering margin and with much less CPU time than the case of a full channel analysis.
In this paper, hydraulic & thermal developing and fully developed laminar forced convection flow of a water-$Al_2O_3$ nanofluid in a circular horizontal tube with uniform heat flux at the wall, are investigated numerically. A single phase model employed with temperature independent properties. The thermal entrance length is presented in this paper. The variations of the convective heat transfer coefficient and shear stress are shown in the entrance region and fully developed region along different nanoparticles concentration and Reynolds numbers. Convective heat transfer coefficient for nanofluids is larger than that of the base fluid. It is shown that heat transfer is enhanced and shear stress is increased as the particle volume concentration increases. The heat transfer improves, as Reynolds number increases.
A numerical study of transient conjugate heat transfer on micro heater in a micro-channel substrate under pulsed heating was conducted. It was found that the time constant is not affected by the pulse heating magnitude at same operating condition. Furthermore, the time constant increases with low substrate thermal diffusivity, low Reynolds number, and large channel diameter. Since the time constant is a dominant parameter to characterize transient heat transfer, it should be considered for transient convective heat transfer coefficient.
한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.237-239
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2003
The present study investigates on design optimization of rib-roughened two-dimensional channel to enhance turbulent heat transfer. Response surface method with Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis is used as an optimization technique. Standard $k-{\varepsilon}$model with wall functions is adopted as a turbulence closure. The objective function is defined as a linear combination of heat transfer and friction drag coefficients with weighting factor. Computational results for overall heat transfer rate show good agreements with experimental data. Four design variables are optimized for weighting factor of 0.02.
This study is to analyze the local convective heat transfer for a circular cylinder with annular fins. The relation between wall heat transfer and three-dimensional flow is investigated for different distances of annular fins. Depending on the fin spacing, the flow structure is strongly changed by the variation of horseshoe vortices. As the fin spacing increases, the heat transfer rate is maximized at a certain condition. This is clearly obtained as the Reynolds number increases, and it is closely related to the development of horseshoe vortices.
In this paper, natural convection around the ambient evaporator was numerically studied using commercial computational fluid dynamics software. From the simulations, temperature and velocity fields around the evaporator were found as a function of evaporator size and liquefied gas flow rate. The heat transfer coefficient at the external surface of the evaporator was also calculated from the simulation results. In order to give the heat transfer coefficient for various conditions, correlation between Rayleigh number and Nusselt number was proposed.
In this paper, heat transfer characteristics of pulsating heat pipes are investigated with the diameter and the number of tubes through the computational analysis of thermal flow. The numerical simulation includes the phase change precess with VOF model using OpenFOAM software. The numerical code is modified for the phase change to occur with saturation temperature. The numerical results are compared with the previous ones to validate the present code. The resonable results have been obtained based on the mass transfer time relaxation parameter considering the density ratio. When the ratio of length to diameter and the number of tubes are on the decrease, the thermal resistances also tends to decrease in the pulsating heat pipes. These numerical results will supply the base line data to design and to manufacture the pulsating heat pipe.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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