• 대한기계학회논문집B
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• 제38권11호
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• pp.943-950
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• 2014

본 연구는 다양한 위치의 원형 실린더가 존재하는 사각 밀폐계에서 Prandtl 수 변화에 따른 밀폐계 내부의 자연대류 현상에 대한 수치해석을 수행하였다. Rayleigh 수가 $10^3$, $10^4$, $10^5$ 그리고 다양한 위치의 내부 원형 실린더에 대해서 Prandtl 수를 0.1, 0.7, 7 로 변화시키며 Prandtl 수의 영향을 분석하였다. 내부 원형 실린더의 위치는 -0.2 에서 0.2 까지 0.1 간격으로 변화시켰다. Prandtl 수의 변화에 따른 밀폐계 내부의 자연대류 현상은 밀폐계 내부의 온도장과 유동장 및 표면 평균 Nusselt 수의 분포를 바탕으로 분석하였다. Rayleigh 수가 $10^5$ 일 때 내부 실린더의 위치에 상관없이 Prandtl 수가 증가할수록 평균 Nusselt 수는 증가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권11호
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• pp.935-942
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• 2014

본 연구에서는 내부에 고온의 원형 실린더가 위치한 저온의 기울어진 사각 밀폐계에서 Prandtl 수 변화에 따른 밀폐계 내부 자연대류 현상에 대한 수치해석을 수행하였다. Rayleigh 수가 $10^3$, $10^4$, $10^5$ 그리고 밀폐계의 각도가 $0^{\circ}$, $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ 인 경우에 대해서 Prandtl 수를 0.1, 0.7, 7 로 변화시키며 Prandtl 수의 영향을 분석하였다. Prandtl 수의 변화에 따른 밀폐계 내부의 자연대류 현상은 실린더 표면과 밀폐계 벽면의 평균 Nusselt 수, 밀폐계 내부의 등온선 및 유선을 바탕으로 분석되었다. Prandtl 수가 0.7, 7 인 경우에는 각도 및 Rayleigh 수에 관계없이 열유동은 정상상태의 특성을 보였지만 Prandtl 수가 0.1 인 경우에는 Rayleigh 수가 $10^5$ 이고 밀폐계의 각도가 $0^{\circ}$ 와 $45^{\circ}$ 일 때 시간에 따라 열유동장이 변하였다. 실린더 표면과 밀폐계 벽면의 평균 Nusselt 수는 Rayleigh 수가 $10^5$ 인 경우, 각도에 관계없이 Prandtl 수가 클수록 증가하였다. 특히 Rayleigh 수가 $10^5$ 이고 Prandtl 수가 0.1 일 때 밀폐계의 각도가 $45^{\circ}$ 인 경우 실린더 표면과 밀폐계 벽면의 평균 Nusselt 수가 크게 증가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제23권2호
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• pp.226-233
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• 1999

An experimental study has been performed on natural convection heat transfer with a rapid crust formation in the molten metal pool of a low Prandtl number fluid. Two types of steady state tests, a low and high geometric aspect ratio cases in the molten metal pool, were performed. The crust thickness by solidification was measured 88 a function of boundary surface temperatures. The experimental results on the relationship between the Nusselt number and Rayleigh number In the molten metal pool with a crust formation were compared with existing correlations. The experimental study has shown that the bottom surface temperature of the molten metal layer, in all experiments. is the major influential parameter in the crust formation, duo to the natural convection flow. The Nusselt number of the case without a crust formation in the molten metal pool is greater than that of the case with the crust formation at the same Rayleigh number. The present experimental results on the relationship between the Nusselt number and Rayleigh number In the molten metal pool match well with Globe and Dropkin's correlation. From the experimental results, a now correlation between the Nusslet number and Rayleigh number in the molten metal pool with the crust formation was developed as $Nu=0.0923(Ra)^{0.302}$ ($2{\times}10^4< Ra<2{\times}10^7$).

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제34권1호
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• pp.53-61
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• 2010

In the present study, a laminar natural convection flow of $H_2O$-Cu nanofluid in a two dimensional enclosure has been investigated using a thermal lattice Boltzmann approach with the Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) model. The effect of suspended nanoparticles on the fluid flow and heat transfer process have been studied for different controlling parameters such as particle volume fraction ($\Phi$), Rayleigh number (Ra). For this investigation the Rayleigh number changes from 104 to 106 and volume fraction varied from 0 to 10% with three different particle diameters (dp), say 10 nm, 20 nm and 40 nm. It is shown that increasing the Rayleigh number (Ra) and the volume fraction of nanofluid causes an increase of the effective heat transfer rate in terms of average Nusselt number (Nu) as well as the thermal conductivity of nanofluid. On the other hand, increasing the particle diameter causes the decrease of the heat transfer rate and thermal conductivity. The result of the analysis are compared with experimental and numerical data both for pure and nanofluids and it is seen a relatively good agreement.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.2744-2749
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• 2008

Numerical calculations are carried out for the natural convection induced by temperature difference between a cold outer square cylinder and a hot inner circular cylinder for Rayleigh number of $Ra=10^7$. This study investigates the effect of the inner cylinder location on the heat transfer and fluid flow. The location of inner circular cylinder ($\delta$) is changed vertically along the center-line of square enclosure. The natural convection bifurcates from unsteady to steady state according to $\delta$. Two critical positions of ${\delta}_{C,L}$ and ${\delta}_{C,U}$ as a lower bound and an upper bound are ${\delta}_{C,L}=0.05$ and ${\delta}_{C,U}=0.18$, respectively. Within the defined bounds, the thermal and flow fields are steady state. When the inner cylinder locates at ${\delta}{\geq}{\delta}_{C,U}$, the space between the upper surface of inner cylinder and the top surface of the enclosure forms a relatively shallow layer where the natural convection characterized as the pure Rayleigh-Benard convection forms alternately the upwelling and downwelling plums, as a result that a series of cells known as Benard cells is derived.

• 에너지공학
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• 제7권1호
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• pp.113-121
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• 1998

자연대류열전달에 있어서 유체의 속도는 온도장에 의해 크게 영향을 받는다. 따라서 유체의 물성치의 변화는 유동장 및 온도장에 크게 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 물성치에 의한 영향을 분석하기 위하여 동일한 레이레이수(Rayleigh number)하에서 물성치의 대표적인 무차원수인 프란틀수(Prandtl number)가 넓은 범위에서 변하는 경우에 대한 연구를 수행하였다. 그리고 유체의 점성계수 및 열전도도를 온도에 따른 2차원 다항식 함수로 모델링하여 전산해석을 시도하여 그 영향을 분석하고자 시도하였다. 열전달량의 척도인 누셀트수(Nusselt number)의 프란틀수 의존도는 레이레이수 의존도에 비하면 약한 편이지만 비교적 강한 것으로 나타났다. 물성치가 온도의 함수로 주어지는 경우, 유동장은 경계면을 제외하고는 비교적 강한 것으로 나타났다. 물성치가 온도의 함수로 주어지는 경우, 유동장은 경계면을 제외하고는 비교적 약한 영향을 받지만 온도장은 강한 영향을 받는 것으로 나타났으며, 특히 열전도도가 온도의 함수로 주어지는 경우에 온도장에 미치는 영향은 상당히 강한 것으로 관찰되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제31권3호
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• pp.273-282
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• 2007

Numerical calculations are carried out for the natural convection induced by temperature difference between a cold outer square cylinder and a hot inner circular cylinder. A two-dimensional solution for unsteady natural convection is obtained, using the immersed boundary method (IBM) to model an inner circular cylinder based on finite volume method, for different Rayleigh numbers varying over the range of $10^4\;to\;10^6$. The study goes further to investigate the effect of an inner cylinder location on the heat transfer and fluid flow. The location of inner circular cylinder is changed vertically along the center-line of square enclosure. The number, size and formation of cell strongly depend on Rayleigh number and the position of inner circular cylinder. The changes in heat transfer quantities have been presented.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권12호
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• pp.975-982
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• 2014

본 연구는 정육면체 밀폐계 내부에 존재하는 고온의 원형 실린더의 크기 변화에 따른 밀폐계 내부의 3 차원 자연대류 현상에 대한 수치해석을 수행하였다. 본 연구에서 고려한 Rayleigh 수는 $10^3$부터 $10^5$까지며 Prandtl 수는 0.7 이다. 내부 원형 실린더의 반경은 0.1L 부터 0.4L 범위에서 0.1L 간격으로 변경하였다. 본 연구에서 고려한 모든 Rayleigh 수와 실린더 반경의 범위에서 열유동장은 정상 상태의 특성을 보였다. 내부 원형 실린더의 크기가 증가하여 실린더 표면과 밀폐계 벽면이 가까워 질수록 실린더 표면과 밀폐계 벽면의 평균 Nusselt 수는 증가하였다. 내부 원형 실린더의 크기 변화에 따른 정육면체 밀폐계 내부의 자연대류 현상은 온도장, 유동장 및 표면 평균 Nusselt 수의 분포를 바탕으로 분석하였다.

• Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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• 제21권4호
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• pp.225-244
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• 2017

The natural convective nanofluid flow and heat transfer inside a square enclosure with a center heater in the presence of magnetic field has been studied numerically. The vertical walls of the enclosure are cold and the top wall is adiabatic while the bottom wall is considered with constant heat source. The governing differential equations are solved by using a finite volume method based on SIMPLE algorithm. The parametric study is performed to analyze the effect of different lengths of center heater, Hartmann numbers and Rayleigh numbers. The heater effectiveness and temperature distribution are examined. The effect of all pertinent parameters on streamlines, isotherms, velocity profiles and average Nusselt numbers are presented. It is found that heat transfer increases with the increase of heater length, whereas it decreases with the increase of magnetic field effect. Furthermore, it is found that the value of Nusselt number depends strongly upon the Hartmann number for the increasing values of Rayleigh number.

• 대한기계학회논문집
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• 제19권7호
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• pp.1731-1740
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• 1995

Experimental investigations have been made to study the double-diffusive nature of convection of an initially stratified salt-water solution due to heating from below in a rotating cylindrical cavity. The objective is to examine the flow phenomena and the heat transfer characteristics according to the changes in temperature gradient, concentration gradient and rotating velocity of cavity. Thermal and solutal boundary conditions at side wall are adiabatic and impermeable, respectively. The top and bottom plate are maintained each at constant temperature and concentration. The cavity is put into a state of solid body rotation. Like the stationary case, the types of initially-formed flow pattern are classified into three regimes depending on the effective Rayleigh number and Taylor number; stagnant flow regime, single mixed-layer flow regime and successively formed multi-mixed layer flow regime. At the same effective Rayleigh number, the number of initially-formed mixed layer and its growth rate decrease as the effect of rotation increases. The temperature and concentration profiles are both uniform in each layer due to convective mixing in the layered-flow regime, but look both liner in stagnant flow regime and single mixed-layer flow regime. At the interface between adjacent layers, the temperature changes smoothly but the concentration changes rapidly.