In electric commuter trains using AC motors, lots of GTO thyristors and diodes are needed for power controls. These semiconductors generate heat about 1~2 kW, and for cooling which perfluorocarbon(PFC) heat pipes have been in use for the last two decades. The present study was investigated on the effects of such important design parameters as structure of internal surface (grooved or smooth), fill charge ratio, and inclinating angle from a vertical on heat transfer coefficients at both evaporators and condensers. To obtain experimental data, several heat pipes of the same geometry of 520 mm long and diameter of 15.88 mm but different in fill charge ratio and internal surface structure were designed and fabricated. For prediction of the heat transfer coefficients, related expressions were examined and the results of calculations were compared with experimental data. Performance tests were conducted while heat pipes operated at mode of thermosyphons. High enhancements of heat transfer coefficient were obtained internal grooves. In these cases, the evaporating heat transfer coefficients distributed in the range of 2~5.5 kW/$m^2$K, with an increase of heat flux from 15~45 kW/$m^2$. These experimental data were in good agreement with Rohsenow's expression based on nucleate boiling when correction factor $C_R$=1.3 was encountered. In addition, the condensation heat transfer coefficients were distributed from 1.5 to 3.5 kW/$m^2$K, and the data were in good agreements with Nusselt's correlation, based on filmwise condensation on vertical plate, when choosing a correction factor $C_N=4$. A fill charge ratio of 40~100% were recommended, and the in clination angle effects were negligible when the angle was higher then 30$^{\circ}$.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.28
no.11
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pp.450-457
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2016
While many studies on the heat transfer effect of an impinging jet have been published, most studies focus on the downward impinging jet. This study investigates the impinging jet heat transfer phenomenon when water at a temperature of $24^{\circ}C$ impinges on the downward isothermal circular plate at 60, 70, and $80^{\circ}C$ and when the upward round jet nozzle is 4, 6, and 8 mm diameter with a flow rate 3.6, 4.6, and 5.6 L/min, respectively, and when the ratio of the nozzle clearance/nozzle diameter (H/D) is 1. The results showed that, as the nozzle diameter decreases, the heat transfer coefficient increases at a constant flow rate. The correlation equation of $Nu_r$, $Pr_r$, and $Re_{jg}$ is obtained in the impinging and constant velocity flow region $(Nu_r/Pr^{0.4}_r)Dr=4.6[Re_{jg}(r/R_c)Dr]^{0.8}$ at all flow rates, in the deceleration and falling flow regions $(Nu_r/Pr^{0.4}_r)Dr=42.7{\mid}Re_{jg}(r/R_c)Dr-345.7{\mid}^{0.3}$ at 3.6 L/min, $(Nu_r/Pr^{0.4}_r)Dr=92.4{\mid}Re_{jg}(r/R_c)Dr-16.8{\mid}^{0.2}$ at 4.6 L/min, and $(Nu_r/Pr^{0.4}_r)Dr=322.4{\mid}Re_{jg}(r/R_c)Dr-536.2{\mid}^{0.01}$ at 5.6 L/min.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.6
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pp.1584-1595
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1993
Many researches were carried out to estimate heat transfer rate on a circular cylinder in a uniform flow. Various empirical correlations were suggested in the past through expermental studies, however there are considerable discrepancies in the estimated values of heat transfer coefficient. Effects of variable properties of fluid on the heat transfer between a circular cylinder and the external uniform flow were numerically investigated in the present study. The flow and temperature fields were solved using a finite volume method for the uniform flow temperature of 200-900K and the wall temperature of 300-900K. The cold as well as the hot cylinders in the uniform flow of constant temperature were investigated. A unified correlation was obtained for the both cases.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.4
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pp.430-439
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1985
Conjugate natural convection in double enclosed annuli between horizontal concentric cylinders has been studied by the numerical analysis and experimental measurements. The interface conditions between the liquid and the solid of middle shell are obtained through the correlation factor based on the ratio of solid to fluid thermal conductivities and the Prandtl number. The characteristics of conjugate heat transfer are discussed under various dimensionless parameters such as conductivity ratios, shell thickness, diameter ratios, Prandtl number, and Rayleigh number. It is found that the average equivalent conductivity K over var $_{eq}$ does not depend on the conductivity ratios and shell thickness. The K over bar $_{eq}$ however, depends on the Prandtl number and the Rayleigh number.
A study on the operation of a heat pipe with two heat sources has been performed to optimize the heat distribution of satellite equipment. A numerical modeling is used to predict the temperature profile for the heat pipe assuming cylindrical two-dimensional laminar flow for the vapor, and the conduction heat transfer for the wall and wick. An experimental study using the copper-water heat pipe with the length of 0.45 m has been performed to evaluate the numerical model and to compare the temperature distribution at the outer wall for the non-uniform heat distribution. The results on temperature profiles for the heat input range from 29 W to 47 W on each heater are presented. Also the correlation between the heat input and the temperature increase is presented for the optimum distribution on two heaters. The result shows that the outer wall temperature can be controlled by redistribution of heat sources. It is also concluded that the heat source closer to the condenser can carry more heat while maintaining lower temperatures at the outer wall.
Kim, Yoon-Ho;Lee, Kyu-Jung;Seo, Jang-Won;Jeon, Seung-Won
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.20
no.11
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pp.767-774
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2008
This paper presented the heat transfer and pressure drop characteristics for micro plate heat exchanger with straight channel. The metal sheets for straight channel are manufactured by chemical etching and fabricated micro plate heat exchangers by using the vacuum brazing of bonding technology. The performance experiments are performed within the Reynolds numbers range of 15$\sim$250 under the same flow rate conditions for hot and cold sides. The inlet temperature of hot and cold water are conducted in the range of $30^{\circ}C{\sim}50^{\circ}C$ and $15^{\circ}C{\sim}25^{\circ}C$, respectively. Heat transfer rate and pressure drop are evaluated by the Reynolds numbers and mass flow rates as the inlet temperature variations of the hot and cold sides. Correlations of Nusselt number and friction factor are suggested for micro plate heat exchanger with straight channel using the results of performance experiment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.8
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pp.783-789
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2012
In this study, turbulent flow and heat transfer characteristics in a helically coiled tube have been numerically investigated. Helically coiled tubes are commonly used in heat exchange systems to enhance the heat transfer rate. Accordingly, they have been widely studied experimentally; however, most studies have focused on the pressure drop and heat transfer correlations. The centrifugal force caused by a helical tube increases the wall shear stress and heat transfer rate on the outer side of the helical tube while decreasing those on the inner side of the tube. Therefore, this study quantitatively shows the variation of the local Nusselt number and friction factor along the circumference at the wall of a helical tube by varying the coil diameter and Reynolds number. It is seen that the local heat transfer rate and wall shear stress greatly decrease near the inner side of the tube, which can affect the safety of the tube materials. Moreover, this study verifies the previous experimental correlations for the friction factor and Nusselt number, and it shows that the correlation between the two in a straight tube can be applied to a helical tube. It is expected that the results of this study can be used as important data for the safety evaluation of heat exchangers and steam generators.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.7
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pp.778-784
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2012
In comparison with some other light sources, LED has merits such as increased life expectancy, fast response, pollution free, and high energy efficiency. Lately, due to development of LED with high brightness and capacity, LED has widely used in many industrial fields such as automotive, aviation, display, transportation and special lighting applications. Since the high heat generation of LED chips can cause a reduction in lifetime, degradation of luminous efficiency, and variation of color temperature, studies have been carried out on the optimization of LED packaging and heat sinks. In this study, experiments on measuring the heat generation rate of LED and the cooling performance of a heat sink were carried for analyzing the thermal characteristics of LED lighting system in free convection. From the results, dimensionless correlation on the cooling performance of heat sink in natural convection was proposed with Nusselt number and Rayleigh number as a guideline for designing cooling device of LED lightings.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.16
no.4
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pp.368-373
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2004
A flow field in a passage with periodically converging-diverging cross-section is investigated experimentally by PIV measurement. A tube with a sinusoidally wavy cross section is one of several devices employed for enhancing the heat and mass transfer efficiency due to turbulence promotion and unsteady vortical motion. While the numerical flow visualization results have been limited to the fully developed cases, existing experimental results of this flow were simple qualitative ones by smoke or dye streak test. Therefore, the main purpose of this study is to produce quantitative flow data for fully developed and transient flow regime by the Correlation Based Correction PIV (CBC PIV) and to conjecture the analogy between flow characteristics and heat transfer enhancement with low pumping power. Another purpose of this paper is to examine the onset position of the transition and the global mixing, which results in transfer enhancement. At Re=2000, evidences of the global mixing are captured at 2.5 wavy module through the variation of RMS values and instantaneous velocity plot.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.12
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pp.955-963
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2006
Nucleate pool boiling heat transfer coefficients (HTCs) were measured with one nonazeotropic mixture of Propane/Isobutane and two azeotropic mixtures of HFC134a/Isobutane and Propane/HFC134a. All data were taken at the liquid pool temperature of $7^{\circ}C$ on a horizontal plain tube with heat fluxes of $10kW/m^2\;to\;80kW/m^2$ with an interval of $10kW/m^2$ in the decreasing order of heat flux. The measurements were made through electrical heating by a cartridge heater. The nonazeotropic mixture of Propane/Isobutane showed a reduction of HTCs as much as 41% from the ideal values. The azeotropic mixtures of HFC134a/Isobutane and Propane/HFC134a showed a reduction of HTCs as much as 44% from the ideal values at compositions other than azeotropic compositions. At azeotropic compositions, however, the HTCs were even higher than the ideal values due to the increase in the vapor pressure. For all mixtures, the reduction in heat transfer was greater with a larger gliding temperature difference. Stephan and $K{\ddot{o}}rner's$ and Jung et al's correlations predicted the HTCs of mixtures with a mean deviation of 11%. The largest mean deviation occurred at the azeotropic compositions of HFC134a/Isobutane and Propane/HFC134a.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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