Development of surface heating technology using hot jet impingement onto mold inner surface for improvement of pattern transcription. This study is focused on how to control the parameters related to hot jet impingement. The mass flow rate, the jet temperature and the duration of the impingement are major parameters. The nozzle design and other geometric configurations also affect the heat transfer to the surface. In terms of heat transfer analysis, the most important number is the heat transfer coefficient, which is influenced by the mass flow rate, nozzle design, distance between the nozzle tip and the surface. In summary, several parametric studies using the developed model are conducted to investigate the effects of mass flow rate, jet temperature and Heating Time in Surface heating technology using hot jet impingement onto mold.
This study investigated the damage to the specimen due to liquid droplet impingement erosion corrosion, which improved the corrosion resistance and durability via hard anodization of 5083-H321 aluminum alloy, which is widely used for small ships and marine structures. The experiment combined liquid droplet impingement erosion and electrochemical equipment with the flow rates in natural seawater solution. Subsequently, Tafel extrapolation of polarization curves was performed to evaluate damage due to the liquid droplet impingement erosion corrosion. The damaged surface was observed using a 3D microscope and a scanning electron microscope. The degree of pitting damage was measured using the Image J program, and the surface hardness was measured using the micro-Vickers hardness tester. The corrosion current density, area, depth, and ratio of the damaged areas increased with the increase in flow rate. The grain size of the damaged area at a flow rate of 20 m s-1 showed fewer and minor differences in height, and a smooth curved shape. The hardness of the damaged surface tended to decrease with increase in flow rate.
A numerical study for a two dimensional multi-jet with crossflow of the spent fluid has been carried out. Three different distributions of mass-flow rate at 5 jet exits were assumed to see their effects upon the flow characteristics, especially in the jet-flow region. For each distribution, various Reynolds numbers ranging from laminar to turbulent flows were considered. Calculations drew the following items as conclusion. 1) The development of the free jets issued from downstream jets was hindered by the crossflow formed due to jets. Consequently, the free jet was developed into the channel flow without any evident symptom of impingement jet flow characteristics 2) The crossflow induced the pressure gradient along the cross section of jet exits and the value of the pressure gradient increased as going downstream. The crossflow generated also the turbulent kinetic energy as it collied with the downstream jets. 3) The skin friction coefficient along the impingement plate was affected more by the distribution of mass flow rate at jet exits rather than by the Reynolds number. The skin friction coefficient was inversely proportional to the square root of the Reynolds number, regardless of flow regime when a fully developed flow was formed in the jet flow region. 4) The distribution of the skin friction coefficient along the impingement plate was found to be controlled by adjusting the distribution of mass flow rate at jet exits.
Flow characteristics of jet impingement over concave hemispherical surface with effusion cooling holes is relatively more complex than that of a flat surface, so the experimental validation for computational fluid dynamics (CFD) results is important. In this study, experimental results were compared with simulation results obtained by assuming different turbulence models. The vortex was observed in the region between the central jets where the recirculation structure appeared. The different patterns of vorticity distributions were observed for each turbulence models due to different interaction of the injected jet flow. Among them, the transition k-kl-ω model predicted similarly not only the jet potential core region with higher velocity, but also the recirculation region between the central jets. From the validation, it may be helpful to accurately predict heat and mass transfer in jet impingement/effusion hole system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.2
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pp.414-423
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1994
The planar laminar impingement jet with a confinement plate has been studied numerically. Discretzing the convection term with the QUICKER scheme, the full Navier-Stokes equations for fluid flow were solved using the well known SIMPLER algorithm. The flow characteristics with Reynolds number and jet exit velocity profile effects on it were considered for H=3, Re=200 - 2000. Results show that vortical flow forms in turn along the confinement and impingement plates as the Reynolds number increases and such a complicated flow pattern has never been reported prior. The jet exit velocity profile is shown to do an important role in determining the position of vortex flow and its size as well as in stagnation and wall jet flow region. Parabolic jet exit profile results in peak of skin friction 1.4-1.6 times greater than that of uniform profile. The channel height effects are also studied and shown to have an effect on flow pattern similar to that of Reynolds number. Also shown is that effects of the jet exit velocity profile becomes less significant over a certain channel height.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.22
no.4
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pp.429-435
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1998
Experiments were conducted to investigate the turbulent flow characteristics from on oblique impingement surface to an plane jet at the jet Reynolds number(Re based on the nozzle width) $3{\times}10^4$ The jet mean velocity and turbulent intensity profiles have been measured along the impingement surface by hot-wire anemometer. The nozzle-to-plate distance(H/B) ranged from 2 to 10 and the oblique angle (a) from 45 to 90 degree. Also the secondary peak of the turbulent intensity was observed at H/B=4 S/B 5 and a=90 degree. It has been found that the stagnation point shifted toward the minor flow region as the oblique angle decreased and the position of the stagnation point nearly coincided with that of the maximum turbulent intensity.
In this paper, the confined single slot jet impingement is investigated numerically. Although the geometry of the jet impingement is simple, the flow pattern of the jet impingement is complex and the numerical results of the jet impingement is affected much by numerical methods. The first goal of this study is to analyze the effects of Reynolds models and numerical spatial discretization schemes on the results of heat transfer performance and the flaw characteristics and to select the best method. Various versions of the low Reynolds number k-epsilon turbulence models are compared. Using the selected numerical method, the flow field and heat transfer characteristics of confined single slot jet impingement on a moving plate are analyzed.
Feedwater heaters of many nuclear power plants have recently experienced severe wall thinning damage, which will increase as operating time progresses. Several nuclear power plants in Korea have experienced wall thinning damage in the area around the impingement baffle inside feedwater heater installed downstream of the turbine extraction stream line. At that point, the extract steam from the turbine is two phase fluid at high temperature, high pressure, and high speed. Since it flows to reverse direction after impinging the impingement baffle, the shell wall of feedwater heaters may be affected by flow-accelerated corrosion. In this paper, to compare degree of shell wall thinning mitigation rate to squared type with mitigation rate of other type baffle plate, four different types of impingement baffle plate-squared, curved, mitigating type and multi-hole type-applied inside the shell. With these comparison data, this paper describes operation of experiments and numerical analysis which is composed similar condition with real feed water heater. And flow visualization is operated for verification of experiments and numerical analysis. In conclusion, this study shows that mitigating type and multi-hole type baffle plate are more effective than other baffle plate about prevention of pressure concentration and pressure value decrease.
Supersonic jet impingement on a flat plate has been investigated to show the flow physics for different jet heights and to demonstrate the adequacy of the characteristics-based flux-difference Wavier-Stokes code Current study also compares the steady-state solutions obtained with variable CFL number for different grid spacing with the time-accurate unsteady solutions using the inner iterations, displaying a good agreement between the two sets of numerical solutions. The unsteady nature of wall fluctuations due to bouncing of the plate shock is also uncovered for high pressure ratios. The methodology is then applied to a complex vertical launcher system where the jet plume hits the bottom wail, deflects into the plenum and eventually exits through the vertical uptake. Flow structures within vertical launcher system are captured and solutions are partially verified against the flight test data. Present jet impingement study thus shows the usefulness of CFD in designing a complex structure and predicting flow behavior within such a system.
Hwang, Byeong Jo;Kim, Seon Ho;Joo, Won Gu;Cho, Hyung Hee
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.5
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pp.329-339
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2017
Impingement jets have been applied in a wide variety of fields as they provide significantly high heat transfer on the impingement-jet stagnation zone. However, the crossflow in an impingement chamber developed by spent wall jets can disrupt and deflect the downstream jets in the array, leading to a decrease in the cooling performance of an array of impingement jets. A numerical analysis is made of the fluid flow and heat transfer characteristics in a corrugated structure that traps the spent air in the corrugations between impingement jets and reduces crossflow effects on downstream jets. All computations are performed by considering a three-dimensional, steady, and incompressible flow by using the ANSYS-CFX 15.0 code. The effects of the configuration parameters of the corrugated structure on crossflow reduction of the array of impingement jets are presented and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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