Recently, the nanofluid which is stably dispersing or suspending of nanoparticles in the conventional heat transfer fluids (HTF) such as water and ethylene glycol has attracted significant interests as a solar thermal energy absorbing medium because they have excellent absorption and thermophysical properties compared to the typical HTF. In the present study, the efficiency of nanofluid-based flat-plate solar collector is analytically evaluated using the theoretical model of energy balance equation. The theoretical model considers the incoming solar radiation as a volumetric heat generation and the water-based single wall carbon nanohorn(SWCNH) nanofluid is used as a solar energy absorbing medium. Finally, the efficiency of nanofluid-based collector is calculated according to the volume fraction of SWCNH using the analytical solution.
Recently submarine and unmanned underwater vehicle (UUV) are equipped with a fuel cell system as an air independent propulsion system. Methanol fuel processor can efficiently supply the hydrogen to the fuel cell system to improve the ability to dive. This study investigated the optimal conditions of the methanol fuel processor that may be used in the closed environment. For this purpose, the numerical model based on Gibbs minimization equation was established for steam reformer and three exhaust gas burners. After simulating the characteristics of steam reformer according to the steam-to-carbon ratio (SCR) and the pressure change, the SCR condition was able to narrow down to 1.1 to 1.5. Considering water consumption and the amount of heat recovered from three burners, the optimum condition of the SCR can be determined to be 1.5. Nevertheless, the additional heat supply is required to satisfy the heat balance of the methanol fuel processor in the SCR=1.5. In other to obtain additional amount of heat, the combustion of methanol is better than the increased of SCR in terms of system design.
In orderto understand the urban thermal conditions, many studies have been conducted to estimate the thermal fluxes. Currently sensible heat fluxes are estimated through various methods, but studies about comparing the differences between each method are very insufficient. Therefore, this study try to estimate the sensible heat flux of the same area by two representative estimation methods and compare their results to confirm the significance and limitation between methods. As a result of the study, the heat balance methods has a great advantage in terms of resolution but it can not consider the anthropogenic heat flux, so sensible heat flux can be underestimated in urban areas. When estimating based on physical equation, anthropogenic heat flux can be considered and the error is relatively small, it has a limitations in time and space resolutons. The two methods showed the largest difference in industiral areas where anthropogenic heat fluxes are high, with an average of 135 W/m2 and a maximum of 400 W/m2. On the other hand, the green and water have a very small difference with and average of 20 W/m2. The results between two methods show significant differences in urban areas, it is necessary to select a suitable method for each research purpose.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.2
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pp.216-224
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2001
Experiments have been performed to investigate evaporative heat transfer characteristics of R-134a flowing in a small diameter tube. Test section was made of stainless steel tube with an inner diameter of 2.2mm and was uniformly heated by electric current which was applied to the tube wall. The local saturation temperature of refrigerant flowing in a tube is calculated from the measured local saturation pressure by using an equation of state. Inner wall temperature was calculated from measured outer wall temperature, accounting for heat generation in the tube and one dimensional heat conduction through the tube wall. Mass quality of refrigerant flowing in a tube was calculated by considering energy balance in the pre-heater and the test section. Heat flux was varied from 19 to 64kW/$m^2$, and mass flux was chanted from 380 to 570kg/$m^2$s for each heat flux condition. From this study, heat transfer in a small diameter tube is affected by heat flux as well as mass flux for a wide range of mass quality. Heat transfer coefficient in a small diameter tube is much greater than that in medium sized tubes. Test results in this study are compared with Gungor and Winterton correlation, which gives an absolute average deviation of 27%.
The steam line break accident for Kori Unit 1 is analyzed by a code SYSRAN which calculates nuclear power and heat flux using the point kinetics equation and the lumped-parameter model and calculates system transient using the mass and energy balance equation with the assumption of uniform reactor coolant system pressure. The 1.4 f $t^2$ steam line break accident is analyzed at EOL (End of Life), hot shutdown condition in which case the accident would be most severe. The steam discharge rate is assumed to follow the Moody critical flow model. The results reveal the peak heat flux of 38% of nominal full power value at 60 second after the accident initiates, which is higher than the FSAR result of 26%. Trends for the transient are in good agreement with FSAR results. A sensitivity study shows that this accident is most sensitive to the moderator density coefficient and the lower plenum mixing factor. The DNBR calculation under the assumption of $F_{{\Delta}H}$=3.66, which is used in the FSAR with all the control and the shutdown assemblies inserted except one B bank assembly and of Fz=1.55 shows that minimum DNBR reaches 1.62 at 60 second, indicating that the fuel failure is not anticipated to occur. The point kinetics equation, the lumped-parameter model and the system transient model which uses the mass and energy balance equation are verified to be effective to follow the system transient phenomena of the nuclear power plants.lear power plants.
In order to develop the cooling load estimation method in the greenhouse, the cooling load calculation formula based on the heat balance method was constructed and verified by the actual cooling load measured in the fog cooling greenhouse. To examine the ventilation heat transfer in the cooling load calculation formula, we measured ventilation rates in the experimental greenhouse which a cooling system was not operated. The ventilation heat transfer by a heat balance method showed a relatively good agreement. Evaporation efficiencies of the two-fluid fogging system were a range of 0.3 to 0.94, average 0.67, and it showed that they increased as the ventilation rate increased. We measured thermal environments in a fog cooling greenhouse, and calculated cooling load by heat balance equation. Also we calculated evaporative cooling energy by measuring the sprayed amount in the fogging system. And by comparing those two results, we could verify that the calculated and the measured cooling load showed a relatively similar trend. When the cooling load was low, the measured value was slightly larger than calculated, when the cooling load was high, it has been found to be smaller than calculated. In designing the greenhouse cooling system, the capacity of cooling equipment is determined by the maximum cooling load. We have to consider the safety factor when installed capacity is estimated, so a cooling load calculation method presented in this study could be applied to the greenhouse environmental design.
Purpose: Heat transfers phenomena are described by the second order partial differential equation and its boundary conditions. In a three-dimensional structure of a building, the heat transfer phenomena generally include more than one material, and thus, become complicate. The analytic solutions are useful to understand heat transfer phenomena, but they can hardly be applied in engineering or design problems. Engineers and designers have generally been forced to use numerical methods providing reliable results. Finite volume methods with the unstructured grid system is only the suitable means of the analysis for the complex and arbitrary domains. Method: To obtain an numerical solution, a discretization method, which approximates the differential equations, and the interpolation methods for temperature and heat flux between two or more materials are required. The discretization methods are applied to small domains in space and time, and these numerical solutions form the descretized equations provide approximated solutions in both space and time. The accuracy of numerical solutions is dependent on the quality of discretizations and size of cells used. The higher accuracy, the higher numerical resources are required. The balance between the accuracy and difficulty of the numerical methods is critical for the success of the numerical analysis. A simple and easy interpolation methods among multiple materials are developed. The linear equations are solved with the BiCGSTAB being a effective matrix solver. Result: This study provides an overview of discretization methods, boundary interface, and matrix solver for the 3-dimensional numerical heat transfer including two materials.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.29
no.10
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pp.515-529
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2017
EnergyPlus, which is widely used in various fields, provides Simple Window Model, a window model that can be used practically. However, the results of building load using the model are different from those of the standard model. The main cause of the deviation by Simple Window Model was analyzed to be due to the assumption that all windows were considered as single layer. The purpose of this study is to propose a window model that improves the cause of deviation by Simple Window Model and can be easily calculated from the algebraic relations. The proposed window model solved the heat balance equation algebraically by using seven window characteristic coefficients. The coefficient relationships consisted of the heat transmission coefficient and solar heat gain coefficient as input parameters make practical use and calculation possible. As a result of comparing the deviation between each window model by implementing the dynamic analysis method, the proposed window model showed that the deviation of the total heating/cooling energy consumption was reduced to 1/3 compared to Simple Window Model for one year. Although the maximum energy consumption did not show any significant improvement, the indoor temperature evaluation showed significantly reduced deviation.
We investigated recovery in $Au/YBa_2Cu_3O_7$ (YBCO) thin film meander lines on sapphire substrates. The meander lines were fabricated by patterning YBCO films coated with gold layers. The lines were subjected to simulated AC fault current and then small current was applied for recovery measurements. The samples were immersed in liquid nitrogen during the experiment. After the fault, the resistance decreased linearly, first slowly and then fast to zero. The initial slow decrease was due to the decrease of the meander line temperature, whereas the fast decrease was originated from the transition from the normal state to the superconducting state. The recovery speed depended on the size of samples, and was faster in the smaller samples during the whole period of recovery. The experimental results were analyzed quantitatively with the concept of heat transfer within the sample and to the surrounding liquid nitrogen. A heat balance equation was solved for the initial phase of recovery, and an expression for the time dependence of resistance was obtained. The result agreed with data well.
Kim, H.R.;Park, C.R.;Yim, S.W.;Yoo, S.D.;Oh, S.Y.;Hyun, O.B.
Progress in Superconductivity
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v.10
no.2
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pp.149-154
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2009
We measured and analyzed the quench development in coated conductor(CC) tapes. The CC was grown on hastelloy substrates and has an Ag protection layer. The tapes were subjected to simulated AC fault currents for quench development measurement. They were immersed in liquid nitrogen during the experiment. The quench resistance increased rapidly first, and the increase slowed down afterwards. It increased linearly with applied voltage at lower voltages, and depended less strongly on applied voltage at higher voltages. The resistance was compared with that of Au/YBCO films grown on sapphire substrates, and found to increase more monotonously than the latter. Data were analyzed quantitatively with the concept of heat transfer within the tape and the surrounding liquid nitrogen. A heat balance equation was derived and solved, taking into consideration temperature dependence of thermal parameters of the tapes. Solutions, together with values of thermal parameters taken from the literature, explained the data well. Cooling by liquid nitrogen affected the quench development considerably at lower applied voltages. Dependence on applied voltages could be also understood quantitatively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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