Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.4
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pp.530-541
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1998
Heat transfer augmentation in a rib-roughened duct is affected by the rib configurations, such as rib height, angle of attack, shape, rib to rib pitch, and aspect ratio of a duct. These have been the main subjects in studying the average heat transfer and the friction loss of the fully developed flow. Investigating distributions of local heat transfer coefficients and flow patterns in a duct with the rib turbulators is necessary to find the characteristics of heat transfer augmentation and to decide the optimal configurations of ribs. In the present study the numerical analyses and the mass transfer experiments are performed to understand the flow through a rib roughened duct and the heat transfer characteristics with various angles of attack of ribs. A pair of counter-rotating secondary flow in a duct has a main effect on the lateral distributions of local mass transfer coefficients. Downwash of the rotating secondary flow, reattachment of main flow between ribs and the vortices near ribs and wall enhanced the mass transfer locally up to 8 times of that in case of the duct without ribs.
High-speed flight vehicle have various cavities. The supersonic cavity flow is complicated due to vortices, flow separation and reattachment, shock and expansion waves. The general cavity flow phenomena include the formation and dissipation of vortices, which induce oscillation and noise. The oscillation and noise greatly affect flow control, chemical reaction, and heat transfer processes. The supersonic cavity' flow with high Reynolds number is characterized by the pressure oscillation due to turbulent shear layer, cavity geometry, and resonance phenomenon based on external flow conditions, The resonance phenomena can damage the structures around the cavity and negatively affect aerodynamic performance and stability. In the present study, we performed numerical analysis of cavities by applying the unsteady, compressible three dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equations with the ${\kappa}-{\omega}$ turbulence model. The cavity model used for numerical calculation had a depth(D) of 15mm cavity aspect ratio(L/D) of 3, width to spanwise ratio(W/D) of 1.0 to 5.0. Based on the PSD(Power Spectral Density) and CSD(Cross Spectral Density) analysis of the pressure variation, the dominant frequency was analyized and compared with the results of Rossiter's Eq.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.15
no.10
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pp.809-820
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2003
The present study investigates effects of flow velocity on the convective heat/mass transfer characteristics in wavy ducts of a primary surface heat exchanger application. Local heat/mass transfer coefficients on the wavy duct sidewall are determined by using a naphthalene sublimation technique. The flow visualization technique is used to understand the overall flow structures inside the duct. The aspect ratio and corrugation angle of the wavy duct is fixed at 7.3 and 145$^{\circ}$ respectively, and the Reynolds numbers, based on the duct hydraulic diameter, vary from 100 to 5,000. The results show that there exist complex secondary flows and transfer processes resulting in non-uniform distributions of the heat/mass transfer coefficients on the duct side walls. At low Re (Re<1000), relatively high heat/mass transfer regions like cell shape appear on both pressure and suction side wall due to the secondary vortex flows called Taylor-Gortler vortices perpendicular to the main flow direction. However, at high Re (Re>1000), these secondary flow cells disappear and boundary layer type flow characteristics are observed on pressure side wall and high heat/mass transfer region by the flow reattachment appears on the suction side wall. The average heat/mass transfer coefficients are higher than those of the smooth circular duct due to the secondary flows inside wavy duct. And also friction factors are about two times greater than those of the smooth circular duct.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.9
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pp.1255-1266
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1998
Effects of a length-to-diameter ratio, L/D, on the three-dimensional flow and aerodynamic loss within an injection hole, which is normally oriented to the mainflow, have been investigated by using a straight five-hole probe. The length-to-diameter ratio of the injection hole is varied to be 0.5 and 2.0 for blowing ratios of 0.5, 1.0 and 2.0. Regardless of the blowing ratio, flows within the hole and at the jet exit are strongly affected by the length-to-diameter ratio. In the case of L/D=0.5, the inside flow is considerably influenced by the mainflow, and the exit flow variation is found to be the greatest. The aerodynamic loss in this case is usually attributed to jet -mainflow interactions. In the case of L/D=2.0, the flow separation and reattachment in the inlet region are completely separated from the complicated exit flow, and the aerodynamic-loss production is mainly due to the inlet flow separation.
Generally flight vehicles have many cavities such as wheel wells, bomb bays and windows on their external surfaces and the flow around these cavities makes separation, vortex, shock and expansion waves, reattachment and other complex flow phenomenon. The flow around the cavity makes abnormal and three-dimensional noise and vibration even thought the aspect ratio (L/D) is small. The cavity giving large effects to the flow might make large noise, cause structural damage or breakage, harm the aerodynamic performance and stability, or damage the sensitive devices. In this study, numerical analysis was performed for cavity flows by the unsteady compressible three dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations with Wilcox's $\kappa-\omega$ turbulence model. The MPI(Message Passing Interface) parallelized code was used for calculations by PC-cluster. The cavity has the aspect ratios of 2.5, 3.5 and 4.5 with the W/D ratio of 2 for three-dimensional cavities. The Sound Pressure Level (SPL) analysis was done with FFT to check the dominant frequency of the cavity flow. The dominant frequencies were analyzed and compared with the results of Rossiter's formula and Ahuja& Mendoza's experimental datum.
Park, Suk-Hwan;Jeon, Yun-Heung;Kim, Kyung-Min;Lee, Dong-Hyun;Cho, Hyung-Hee
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.1
s.256
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pp.76-82
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2007
The present study investigated the effects of channel rotation and bleed flow on heat/mass transfer in a square channel with $45^{\circ}$ rib turbulators. The bleed holes were located between the rib turbulators on the leading surface and those on the trailing surface case by case. The tests were conducted under the conditions of various bleed ratios (0.0, 0.2, 0.4) and rotation numbers (0.0, 0.2, 0.4) at Re=10,000. The results suggested that heat/mass transfer characteristics were influenced by the Coriolis force, decrement of main flow rate, secondary flow by angled ribs and bleed hole location. As the bleed ratio (BR) increased, the heat/mass transfer decreased on both surfaces due to the reduction of main flow rate. With increment of the rotation number, heat/mass transfer also decreased and almost the same because the reattachment of the secondary flow induced by angled ribs was weakened on the leading surface and the secondary flow was disturbed on the trailing surface by the Coriolis force.
In this paper, separated flow characteristics is studied using the RANS(Reynold-averaged Navier-Stokes) modeling. The analysis is performed for the NASA's hump configuration which is the combination of a flat plate and a hump. This configuration was used in NASA's flow control workshop and it was one of validation cases for RANS and LES simulations. The separation occurs at the 65% of model length where a slot is positioned for the flow control. No flow control case and steady suction case are studied using RANS modeling. The Spalart-Allmaras model and the SST(Shear Stress Transport) model are applied and their accuracy are compared. To correlate CFD analysis with experimental data, the optimal boundary condition was investigated and the effect of a cavity around the slot is studied for the no flow case.
The present study investigates the two dimensional flow and heat/mass transfer characteristics of wavy duct with various corrugation angles. For the heat/mass transfer coefficients, a naphthalene sublimation technique is used. Numerical analysis and wall pressure measurement show detailed two dimensional flow features. The corrugation angles change from 145$^{\circ}$ to 100$^{\circ}$. The operating Reynolds numbers based on the duct hydraulic diameter vary from 700 to 3,000. The duct aspect ratio maintains 7.3. On the pressure wall, strong flow mixing enhances heat/mass transfer coefficients at the front position. In addition, the rear side of pressure wall, the near of peak, is affected by the acceleration and the shedding of main flow. On the suction wall, however, flow separation and reattachment lead to the valley and the peak of heat/mass transfer coefficient. Also, highly increasing boundary layer at the suction wall affects the decrease of heat/masst transfer. As decreasing corrugation angles, the spanwise average Sherwood number increases and the peak or the valley positions of the local Sherwood number are varied.
This paper presents how redevelopment of the boundary layer in a backward-facing step flow is affected by boundary conditions imposed on velocity at the inlet, top and exit of the flow. A two-dimensional, laminar, incompressible flow over a backward-facing step with an open top boundary has been computed by using numerical methods of second-order time and spatial accuracy and a fractional-step method that guarantees a divergence-free velocity field at all time. The inlet velocity profile above the step is of Blasius type. Along the top boundary, shear-tree and Dirichlet conditions on the streamwise velocity were considered and at the exit fully-developed and convective boundary conditions were examined. (The vertical velocity at all boundaries were assumed to be zero explicitly or implicitly.) From the computed flow fields, the reattachment on the bottom side of shear layer separated from the tip of the step and succeeding redevelopment of the boundary layer were investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.11
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pp.891-896
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2008
In the present computational study, simple stenotic artery models using pulsatile flow condition were investigated. A 1 Hz non-reversing sinusoidal velocity for pulsatile flow was imposed at the flow inlet and the corresponding Womersley number based on the vessel radius is 2.75. The simple stenotic geometries have been used that consist of 25%, 50% and 75% semicircular constriction in a cylindrical tube. In this paper, numerical solutions are presented for a first harmonic oscillatory flow using commercial software ADINA 8.4. As stenosis and Reynolds number increase, the maximum wall shear stress(WSS) increases while the minimum WSS decreases. As the stenotic rate increases, the pressure drop at the throat severely decreases to collapse the artery and plaque. It is found that the fluid mechanical disturbances due to the constriction were highly sensitive with rate of stenosis and Reynolds number. When Reynolds number and stenosis increase, the larger recirculation region exists. In this recirculation region the possibility of plaque attachment is increasingly higher. The present results enhance our understanding of the hemodynamics of a stenotic artery.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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