The phase change heat transfer has been applied to the processes of machines as well as of manufacturing. The cycle in a heat exchanger includes the phase change phenomena of coolant for air conditioning, the solidification in casting process makes use of the characteristics of phase change of metal, and the welding also proceeds with melting and solidification. To predict the phase change processes, the experimental and numerical approaches are available. In the case of numerical analysis, the Enthalpy method is most widely applied to the phase change problem, comparing to the other numerical methods, i.e. the Equivalent Specific Heat method and the Temperature Recovery method. It's because that the Enthalpy method is accurate and straightforward. The Enthalpy method does not include any correction step while the correction of final temperature field is inevitable in the Equivalent Specific Heat method and the Temperature Recovery method. When the temperature field is to be used in the calculation, however, there must be converting process from enthalpy to temperature in the calculation scheme of Enthalpy method. In this study, an improved method for the Equivalent Specific Heat method is introduced whose method dose not include the correction steps and takes temperature as an independent variable so that the converting between enthalpy and temperature does not need any more. The improved method is applied to the solidification process of pure metal to see the differences of conventional and improved methods.
A three dimensional model was developed to analyze the mold filling and solidification in the casting processes. The model uses the VOF method for the calculation of the free surface and the modified Equivalent Specific Heat method for the treatment of the latent heat evolution. The solution procedure is based on the SIMPLER algorithm. The complete model has been validated using the exact solutions for phase change heat transfer and the experimental results of broken water column. The three-dimensional model has been applied to the benchmark test and the results were compared to those from experiment, a two-dimensional analysis, and another three dimensional numerical model.
A three dimensional numerical model was developed to analyze the mold filling and solidification processes straightforwardly in a casting processes. On the basis of the SIMPLER algorithm, the VOF method and the Equivalent Specific Heat method were adopted to deal with the free surface behavior and the latent heat evolution. The complete model has been validated using exact solutions and experimental results. The importance of three-dimensional effects has been highlighted by comparing the results from the three-dimensional analysis with those given by a two-dimensional analysis.
An implicit finite difference formulation with three methods of latent heat treatment, such as equivalent specific heat method, temperature recovery method and enthalpy method, was applied to solidification analysis. The Neumann problem was solved to compare the numerical results with the exact solution. The implicit solutions with the equivalent specific heat method and the temperature recovery method were comparatively consistent with the Neumann exact solution for smaller time steps, but its error increased with increasing time step, especially in predicting the solidification beginning time. Although the computing time to solve energy equation using temperature recovery method was shorter than using enthalpy method, the method of releasing latent heat is not realistic and causes error. The implicit formulation of phase change problem requires enthalpy method to treat the release of latent heat reasonably. We have modified the enthalpy formulation in such a way that the enthalpy gradient term is not needed, and as a result of this modification, the computation stability and the computing time were improved.
Detection for heat-labile enterotoxin(LT) of enterotoxigenic Escherichia coli(ETEC, EC81, O148:H28) and enterotoxin of enterotoxigentic Clostridium perfringents type A(CP, NCTC8238, Hobbs serotype 2) by use of a polymerase chain reaction (PCR) assay were positive reaction, which using LT gene-specific primers of ETEC with a detection limit equivalent from 100ng/${\mu}\ell$ to 1 pg of a DNA fragment of 417-bp in EC81 and enterotoxin gene-specific primers of CP with a detection limit equivalent from 100ng/${\mu}\ell$ to 10pg of a DNA fragment of 364-bp in NCTC8238. Detection for a LT gene of ETEC highly appeared 10-fold sensitivity than an enterotoxin gene of CP.
In this paper, a new performance equation of bath tubs has been derived, which is very characteristically illuminating and in good agreement with experiments : $$T=T_{\infty}+(T_0-T_{\infty})e-\frac{k(A'_f+A_0)}{Mc_{P{\Delta}x}t$$, where $T_{\infty}$ is the temperature of the bathroom, $T_0$ that of the bathwater at t=0, k the overall heat conductivity of the tub- wall, $A'_f$ the equivalent surface area to the wall, $A_0$ the submerged area of the tub-wall, M mass of the bath-water, $C_p$ the specific heat of the bathwater and ${\Delta}x$ the thickness of the tub-wall. Here the equivalent-free surface area is written as $$A'_f=mA_f,\;m=const.(1-{\phi})^{0.88}$$ : where m is a numerical factor which is determined by a simple experiment and some calculation, {\phi}$ the relative humidity and $A_f$ the real free-surface area. From this study, it has been clarified that cooling of bath-water is mainly due to mass-transfer through evaporation from the free surface and conductive heat loss through the tub-wall is minor, which rather gaily mock at common sense. The effect of keeping bathwater warn by increase of the tub-wall thickness is also analyzed by a new idea of the thickness gain factor.
Since the numerical analysis was adopted in the mold design, lots of computational methods have been proposed for the simulations of casting processes for the various shaped molds. Today, it is possible to simulate the filling and solidification processes of most casts using the VOF technique. Though the three-dimensional numerical model based on the Cartesian coordinate system can be applied to any shape of cast, it becomes very inefficient when the three-dimensional model is applied to the cast of axi-symmetrical shape since the control volume includes at least 11 of the physical model. In addition, the more meshes should be distributed along the circumferential boundaries of curved shape in the Cartesian coordinate system fur the better results, while such curved circumferential boundary does not need to be considered in the two-dimensional cylindrical coordinate system. This motivates the present study i.e. developing a two-dimensional numerical model for the axi-symmetrically shaped casts. The SIMPLER algorithm, the VOF method, and the equivalent specific heat method have been adopted in the combined algorithm for the flow calculation, the free surface tracking, and the phase change heat transfer, respectively. The numerical model has been applied to the casting process of a pulley, and it was proven that the mesh and time effective calculation was accomplished comparing to the calculation using three-dimensional model.
본 연구에서는 무인 항공 장비에 장착되는 전자 장비에 상변화 물질을 적용한 방열 설계를 수치적으로 진행하였다. 상변화 물질에 대한 열특성 실험을 통해 용융점($T_m$), 용융시 온도 증분(${\Delta}T_m$) 및 체적 팽창을 확인하였으며, 이를 통해 해석 모델 검증을 진행하였다. 용융시 용융점에서 발생하는 온도 정체 현상을 모사하기 위해 등가 비열법으로 계산한 열 물성치를 상변화 물질의 해석 모델 물성치로 입력하였으며, 실험 결과와의 비교를 통해 해석 모델의 신뢰성을 검증하였다. 검증된 해석 모델을 통해 핀과 함께 상변화 물질이 충진된 장비 하우징의 방열 성능을 향상시키고, 이를 통해 장비의 열적 안정성을 확보하였다. 현재 상변화 물질이 충진된 하우징의 방열 성능 극대화를 위해 핀 최적 설계에 대한 추가적인 연구가 진행 중에 있다.
In this study, a three-dimensional gravity casting problem has been examined to investigate a coupled phenomenon of the filling and solidification process. This work simultaneously considers the two key phenomena of metal casting : the fluid flow during mold filling, and solidification process. The VOF method is used to analyze the free surface flow during filling and the equivalent specific heat method is employed to model the latent heat release during solidification. The time-implicit filling algorithm is applied to save the computational time for analyzing the mold filling process. The three-dimensional benchmark problem used in the MCWASP VII has been solved using both the implicit and explicit algorithm, and the present results are compared with the benchmark experimental results and the other numerical results.
Commercial activated-carbon used as the electrode material of an electric double-layer capacitor (EDLC) was posttreated with various acids and alkalis to increase its capacitance. The carbon samples prepared were then heat-treated in order to control the amount of acidic functional groups formed by the acid treatments. Coin-type EDLC cells with two symmetric carbon electrodes were assembled using the prepared carbon materials and an organic electrolyte. The electrochemical performance of the EDLC was measured by galvanostatic charge-discharge, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy. Among the various activated carbons, the carbon electrodes (CSsb800) prepared by the treatments of coconutshell-based carbon activated with NaOH and $H_3BO_5$, and then heat treated at $800^{\circ}C$ under a flow of nitrogen gas, showed relatively good electrochemical performance. Although the specific-surface-area of the carbon-electrode material ($1,096m^2/g$) was less than that of pristine activated-carbon ($1,122m^2/g$), the meso-pore volume increased after the combined chemical and heat treatments. The specific capacitance of the EDLC increased from 59.6 to 74.8 F/g (26%) after those post treatments. The equivalent series resistance of EDLC using CSsb800 as electrode was much lower than that of EDLC using pristine activated carbon. Therefore, CSsb800 exhibited superior electrochemical performance at high scan rates due to its low internal resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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