This paper assesses the two-equation turbulence models available in a commercial code, FLUENT, for heat transfer in a turbulent heated pipe flow. In case of flow under $Re_D=10,000$, Standard $\kappa-\epsilon$ and Realizable $\kappa-\epsilon$ models overpredict the Nusselt number about $20\%$ compared with the experimental correlation, and RNG $\kappa-\epsilon$ model overpredicts about $30\%$ when the two-layer zonal method is employed. When wall function method is adopted, all $\kappa-\epsilon$ models show better predictions. Standard $\kappa-\omega$ and SST $\kappa-\omega$ models have the dependency on the first grid point ($0.3). As Reynolds number becomes high, the predictions of all $\kappa-\epsilon$ and $\kappa-\omega$ models are in a good agreement with the experimental correlation.
본 연구에서는 $CO_2$ 열펌프에 사용되는 내부 열교환기를 난방조건에서 운전할 경우, 실험 및 수치적 방법으로 열전달량, 효율, 압력강하 등을 관찰하였다. 4가지 종류의 내부 열교환기를 사용하였다. 수치 해석은 단면분할법과 하디크로스 방법을 이용하여 유량, 길이, 운전조건, 내부 열교환기 종류에 따른 영향을 분석하고 실험을 통해 확인하였다. 유량이 증가함에 따라 열전달량이 약 25% 향상되었다. 마이크로 채널이 동심관에 비해 열전달량이 약 100% 크게 나타났다. 길이가 증가함에 따라 열전달 증가율은 감소하였다. 압력강하는 고압측에 비해 저압측이 크게 나타났으며, 동심관에 비해 마이크로 채널이 약 100% 크게 나타났다. 고온입구조건이 증가할수록, 저온입구조건이 감소할수록 열전달량은 약 3% 증가하였다. $CO_2$의 열전달 계산의 정확성을 위해 $CO_2$의 특성과 관형상을 고려할 수 있는 열전달 상관식의 개발이 필요하다.
본 연구에서는 돌출된 단일 모듈이 부착된 수직 채널내의 3차원 자연대류 특성을 실험적으로 조사하였으며, 특히 모듈로부터 대류에 의한 열에너지 제거에 초점을 두었다. 채널내의 유동장은 smoke-method를 이용하여 가시화 하였다. 또한 채널내부, 수직벽면 및 모듈표면의 국소온도를 열전대와 열플럭스 센서를 이용하여 측정하여 복사와 전도에의한 열손실량을 계산하였다. 실험결과 대류열전달은 모듈 하부의 모서리 부근에서 가장 활발히 일어나고, 모듈 상부에서의 재순환영역은 열전달을 감소시킴을 알 수 있으며 임계 채널간격비를 예측할 수 있는 상관식을 레일리히수의 함수로 구하였다. 또한 $8.28{\times}10^3<Ra^*_c<3.48{\times}10^6$의 범위에서 수정 채널 레일리히수의 함수로써 평균 누셀트수와의 상관식을 구하였다.
A simulation program using the mass transfer correlation was constructed to analyze 1-D simplified condensing flow across the tube bank. Higher efficiency was anticipated by reducing the flue gas temperature down below the dew point where the water vapor in the flue gas is condensed at the surface of the heat exchanger; that is, the heat transfer by the latent heat is added to that by the sensible heat. Thus, there can be an optimum operating condition to maximize the heat recovery from the flue gas. The temperature rises of the flue gas and the cooling water between the inlet and the outlet of the tube bank were compared with the experimental data reported previously. The predicted results agree well with the experimental data. Using this simulation program, the parametric studies have been conducted fur various operating conditions, such as the velocities and temperatures of the vapor/gas mixture and the cooling water, the number of the rows, and the conductivity of the wall material.
An experimental study was carried out to investigate the effects of inclined angles of channel on thermal stability of electronic components. In this study, it is focused on the natural convection heat transfer from an inclined parallel channel with discrete protruding heat sources. The material used for the inclined parallel channel was epoxy-resin, while air as the cooling fluid. Heat transfer phenomena for inclined angles of $\psi$=$15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$ and for the range of $9.52{\times}10^5/ were analyzed. The thermal fields in the channel were visualized by Mach-Zehnder interferometer. Also, local temperatures were measured by thermocouples along the channel wall and heat sources surface. As a result, for the range of $4.29{\times} 10^5/, a useful correlation of mean Nusselt number was proposed as a function of modified channel Rayleigh number.
In this study a method to predict CHF(Critical heat flux) in vertical round tubes with axially non-uniform cosine heat flux distribution for water was examined. For this purpose a local condition hypothesis based CHF prediction correlation for uniform heat flux in vertical round tubes for water was developed from 9,366 CHF data points. The local correlation consisted of 4 local condition variables: the system pressure(P), tube diameter(D), mass flux of water(G), and 'true mass quality' of vapor($X_t$). The CHF data points used were collected from 13 different published sources having the following operation ranges: 1.01 ${\leq}$ P (pressure) ${\leq}$ 206.79 bar, 9.92${\leq}$ G (mass flux) ${\leq}$ 18,619.39 $kg/m^2s$, 0.00102 ${\leq}$ D(diameter) ${\leq}$ 0.04468 m, 0.0254${\leq}$ L (length) ${\leq}$ 4.966 m, 0.11 ${\leq}$ qc (CHF) ${\leq}$ 21.41 $MVW/m^2$, and -0.87 ${\leq}X_c$ (exit qualities) ${\leq}$ 1.58. The result of this work showed that a uniform CHF correlation can be easily extended to predict CHF in axially non-uniform heat flux heater. In addition, the location of the CHF in axially non-uniform tube can also be determined. The local uniform correlation predicted CHF in tubes with axially cosine heat flux profile within the root mean square error of 12.42% and average error of 1.06% for 297 CHF data points collected from 5 different published sources.
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 $Nu=0.0923(Ra)^{0.302}$ ($2{\times}10^4< Ra<2{\times}10^7$).
Yuan Shen;Zhengang Duan;Chuan Lu ;Li Ji ;Caishan Jiao ;Hongguo Hou ;Nan Chao;Meng Zhang;Yu Zhou;Yang Gao
Nuclear Engineering and Technology
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제54권12호
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pp.4798-4808
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2022
The porous corrosion deposits (known as CRUD) adhered to the cladding have an important effect on the heat transfer from fuel rods to coolant in PWRs. The vapor film is the main constituent in the two-phase film boiling model. This paper presents a vapor film thickness correlation, associated with CRUD porosity, CRUD chimney density, CRUD particle size, CRUD thickness and heat flux. The dependences of the vapor film thickness on the various influential factors can be intuitively reflected from this vapor film thickness correlation. The temperature, pressure, and boric acid concentration distributions in CRUD can be well predicted using the two-phase film boiling model coupled with the vapor film thickness correlation. It suggests that the vapor thickness correlation can estimate the vapor film thickness more conveniently than the previously reported vapor thickness calculation methods.
재생냉각 설계 프로그램을 개발하였으며 CFD 해석과 RTE 코드를 사용하여 결과를 검증하였다. 본 코드는 재생냉각 성능과 연소실 벽의 응력 예측을 주요 기능으로 하며 연소가스와 냉각유체의 열전달은 경험식을 사용하고 립의 핀효과는 이론 관계식을 이용하였다. 연소실 벽의 온도는 RTE 코드를 사용한 결과와 비교하여 최대 약 100 K 차이를 보였으며 열유속과 연소가스의 열전달 계수는 10 % 미만의 차이를 보였다. 벽온도의 차이는 핀효과의 과소평가에 기인한 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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