Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.1
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pp.165-173
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1997
The present study investigates heat/mass transfer for flow through perforated plates for application to combustor wall and turbine blade film cooling. The experiments are conducted for hole length to diameter ratios of 0.68 to 1.5, for hole pitch-to-diameter ratios of 1.5 and 3.0, for gap distance between two parallel perforated plates of 1 to 3 hole diameters, and for Reynolds numbers of 60 to 13, 700. Local heat/mass transfer coefficients near and inside the cooling holes are obtained using a naphthalene sublimation technique. Detailed knowledge of the local transfer coefficients is essential to analyze thermal stress in turbine components. The results indicate that the heat/mass transfer coefficients inside the hole surface vary significantly due to flow separation and reattachment. The transfer coefficient near the reattachment point is about four and half times that for a fully developed circular tube flow. The heat/mass transfer coefficient on the leeward surface has the same order as that on the windward surface because of a strong recirculation flow between neighboring jets from the array of holes. For flow through two perforated plate layers, the transfer coefficients on the target surface (windward surface of the second wall) affected by the gap spacing are approximately three to four times higher than that with a single layer.
This paper presents an optimal design of a micro evaporator which maximizes the heat transfer coefficient. Number of gaps, spanwise distance and streamwise distance are selected as the geometric design parameters. Mass flow rate of the refrigerant is selected as the non-geometric design parameter. Temperature at the surface of the heater is measured to valuate the heat transfer coefficient. Nine experiments are conducted using $L_9(3^4)$ orthogonal array. Maximum heat transfer coefficient is 640 W/$m^2K$ at the parameters of 2 gaps, 0.2 mm spanwise distance, 1.0 mm streamwise distance and 0.72 g/s mass flow rate. Among the 3 geometric parameters, the spanwise distance is the most sensitive parameter influencing the heat transfer coefficient. We conduct a second stage of experiment to increase the heat transfer coefficient by reselecting the mass flow rate. We concluded that 0.87 g/s is the optimized flow rate for an active micro cooler resulting in a heat transfer coefficient of 651 W/$m^2K$.
An experimental study on post-CHF heat transfer has been performed with a $3\times3$ rod bundle using a vertical steam-water two-phase flow at low flow conditions. The effects of various parameters on the post-CHF heat transfer are investigated and the reasons for the parametric effects are discussed. As the heat transfer regime changes from CHF to post-CHF, the radial wall temperature distribution is changed depending on the pressure and the mass flux conditions. The superheat of the fluid increases considerably with an increase of the wall temperature (or heat flux) and with a decrease of the mass flux. This implies, indirectly, a strong thermal non-equilibrium at high wall temperature and low mass flux conditions. In order to improve the prediction accuracy of the existing post-CHF correlations, it is necessary to perform more experiments, particularly direct measurement of the vapor superheat, and to modify the correlation by considering a strong thermal non-equilibrium at low flow and low pressure conditions.
The configuration of the flow channel on a bipolar plate of a proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) for efficient reactant supply has great influence on the performance of the fuel cell. Recent demand for higher energy density fuel cells requires an increase in current density at mid voltage range and a decrease in concentration overvoltage at high current density. Therefore, an interdigitated flow channel where mass transfer rate by convection through a gas diffusion layer is greater than the mass transfer by a diffusion mechanism through a gas diffusion layer was recently proposed. This study attempts to analyze the i-V performance, mass transfer and pressure drop in interdigitated flow channels by developing a fully three dimensional simulation model for PEMFC that can deal with anode and cathode flow together. The results indicate that the trade off between performance and pressure loss should be considered for efficient design of flow channels. Although the performance of the fuel cell with interdigitated flow is better than that with conventional flow channels due to a strong mass transfer rate by convection across a gas diffusion layer, there is also an increase in friction due to the strong convection through the porous diffusion layer accompanied by a larger pressure drop along the flow channel. It was evident that the proper selection of the ratio of channel and rib width under counter flow conditions in the fuel cell with interdigitated flow are necessary to optimize the interdigitated flow field design.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.24
no.3
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pp.113-120
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2000
On the absorber of absorption chiller/heater, LiBr solution at high concentration is sprinkled on a bundle of horizontal tube cooled by cooling water. In this case, the conditions of LiBr solution and cooling water have an influence on heat/mass transfer coefficient in this system. Therefor it is important to find optimal operation conditions of absorption chiller/heater to save energy. Heat and mass transfer coefficient increased with the increase of solution flow rate, and also heat and mass transfer rate increased but overall heat and mass transfer coefficient decreased by increasing the solution concentration within the experimental range. The superheating of the solution resulted in superior heat transfer character to a state of equilibrium from the point of heat flux and overall heat transfer coefficient.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.8
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pp.1029-1037
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2000
The present study investigates the local heat/mass transfer characteristics on a rotating disk which is the top disk covered with a shroud in HDD. The naphthalene sublimation technique is employed to determine the local heat/mass transfer coefficients on the rotating disk. Flow field measurements using Laser Doppler Anemometry (LDA) and numerical calculations are performed to analyze the flow patterns induced by the disk rotation. HDD has been developed for compactness and speedy data access, thus the rotating velocity of the disk is increased and the height of a hub is decreased. The experiments are conducted for the various hub heights of 5, 10 and 15 mm, for the rotating Reynolds numbers of $5.5{\times}10^4$ to $1.1{\times}10^5$ and for the effects of the presence of a read/write head arm. The results show that the heat transfer on the rotating disk is enhanced considerably for the decrease of the hub height and for the increase of the rotating Reynolds number. The head arm inserted in the cavity decreases the heat transfer despite the enhancement of tangential RMS velocity because of the deficit of the momentum in the flow field.
Kim, Kyung-Min;Kim, Yun-Young;Lee, Dong-Ho;Cho, Hyung-Hee
Proceedings of the KSME Conference
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2003.04a
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pp.2211-2218
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2003
The present study investigates heat/mass transfer characteristics in a rotating two-pass duct for smooth and ribbed surfaces. The duct has an aspect ratio of 0.5 and a hydraulic diameter of 26.67 mm. 70-angled rib turbulators are attached on the leading and trailing sides of the duct in parallel and cross arrangements. The pitch-to-rib height ratio is 7.5 and the rib height-to-hydraulic diameter ratio is 0.075. The Reynolds number based on the hydraulic diameter is constant at 10,000 and the rotation number ranges from 0.0 to 0.2 Detailed local heat/mass transfer coefficients are measured using a naphthalene sublimation technique. The results show that the secondary flows generated by the $180^{\circ}-turn$, rib turbulators, and duct rotation affect the wall heat/mass transfer distribution significantly, As the duct rotates, the rotaion-induced Coriolis force deflects the main flow and results in differences on the heat/mass transfer distribution between the leading and trailing surfaces. Its effects become more dominant as the rotaion number increases. Discussions are presented describing how the rib configuration and the rotaion speed affect the flow patterns and local heat/mass transfer in the duct.
The heat transfer characteristics of refrigerant-oil mixture for horizontal in-tube evaporator have been investigated experimentally. A smooth copper tube and a micro-fin tube with nominal 9.5 mm outer diameter and 1500 mm length were tested. For the pure refrigerant flow, the dependence of the axial heat transfer coefficient on quality was weak in the smooth tube, but in the micro-fin tube, the coefficients were 3 to 10 times greater as quality increases. Oil addition to pure refrigerant in the smooth tube altered the flow pattern dramatically at low mass fluxes, with a resultant enhancement of the wetting area by vigorous foaming. The heat transfer coefficients of the mixture for low and medium qualities were increased at low mass fluxes. In the micro-fin tube, however, the addition of oil deteriorates the local heat transfer performance for most of the quality range, except for low quality. The micro-fin tube consequently loses its advantage of high heat transfer performance for an oil fraction of 5%. Results are presented as plots of local heat transfer coefficient versus quality.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.4
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pp.357-366
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2007
The present study investigated local heat/mass transfer characteristics on the surface of the rotating turbine blade with various incidence angles. The experiments are conducted in a low speed annular cascade with a single stage turbine. The blade has a flat tip with the mean tip clearance of 2.5% of the blade chord. A naphthalene sublimation method is used to measure detailed mass transfer coefficient on the blade. At design condition, the inlet Reynolds number is $Re_c=1.5{\times}10^5$ which results in the blade rotation speed of 255.8 rpm. Also, the effect of off-design condition is examined with various incidence angles between $-15^{\circ}$ and $+7{\circ}$. The results indicated that the incidence angle has significant effects on the blade surface heat transfer. In mid-span region, the laminar separation region on the pressure side is reduced and the laminar flow region on the suction side shrinks with increasing incidence angle. Near the tip, the effect of tip leakage flow increases in span wise and axial directions as the incidence angle decreases because the tip leakage flow is formed near the suction side surface. However, the effect of tip leakage flow is reduced with positive incidence angle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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