In this research, low fidelity air/heat load analysis was conducted for the intake of high speed vehicle. For air/heat load calculations, aerodynamic properties at the surface and the boundary layer edge were estimated using Taylor-Maccoll equation for conical flow, shockwave relation and Prandtl-Meyer expansion equation for internal and external flow. Couette flow assumption and Reynolds analogy were used in order to calculate convective heat transfer coefficient. In order to calculate skin friction coefficient for heat transfer coefficient analysis, Van Driest method II and Reference Enthalpy method were considered. An axis symmetric SCRAMJET model was selected as a reference configuration for verifying the proper implementation of the present method. Comparison of the results using the present method and Computational Fluid Dynamic analysis showed that the present method is valuable for efficiently providing pressure and heat loads for air-intake structure design of the high speed air vehicle.
Since a typical plate heat exchanger is made up of a huge number of unitary cells, it may be impossible to predict the aero-thermal performance of the full scale heat exchanger through three-dimensional numerical simulation due to the enormous amount of computing resources and time required. In the present study, a simple flow-network model using the friction factor correlation and a thermal-network model based on the effectiveness-number of transfer units (${\varepsilon}$-NTU) method has been developed. The complicated flow pattern inside the cross-corrugated heat exchanger has been modeled into flow and thermal networks. Using this model, the heat transfer between neighboring streams can be considered, and the pressure drop and the heat transfer rate of full-scale heat exchanger matrix are calculated. In the calculation, the aero-thermal performance of each unitary cell of the heat exchanger matrix was evaluated using correlations of the Fanning friction factor f and the Nusselt number Nu, which were calculated by unitary-cell CFD model.
Optimal design of an air-to-liquid finned plate heat exchanger is considered theoretically in this study. Based on existing correlations for the pressure loss and the heat transfer in channel flows, the optimal configuration of the plate heat exchanger including the optimal plate pitch and the optimal fin pitch is obtained to maximize the heat transfer within the limit of the pressure drop for a given flow depth of the plate heat exchanger. It is found that the optimal fin pitch is about one ninth of the optimal plate pitch. In the optimal configuration, the flow and thermal condition in the channels is just at the boundary between the laminar developing and laminar fully developed states. It is also found when reducing the flow depth of plate heat exchangers for compactness, the heat transfer performance can be maintained exactly the same if the geometric parameters such as the plate thickness, plate pitch, fin thickness, and fin pitch are reduced proportional to the square root of the flow depth as long as the flow keeps laminar within the heat exchangers.
초음속 유동장 내에서 돌출된 sharp fin형상에 의해 발생하는 충격파로 인한 열전달 특성변화 연구를 수행하였다. IR camera를 이용하여 마하 3의 유동 내에 attack angle이 $10^{\circ}$ 부터 $20^{\circ}$ 의 fin을 돌출시켜 생기는 충격파에 의한 바닥면 열전달 계수 변화를 측정하였으며, 유동장의 변화를 알아보기 보기 위해 oil flow method를 사용하였다.
In this study, the prediction method of coolant flow rates has been developed and applied to an engine and vehicle cooling system. The flow rate passing through each component of the system is very important parameter to evaluate the heat transfer process form the combustion gas to the coolant and the heat rejection process form the radiator /heater to the ambient air. However, the present study reveals that the measurement using the flowmeter fails to give practical flow rates due to its additive resistance. In contrast, the present method which uses the parallel and serial relationship of flow resistance proved to be a good tool to predict the real flow rates. It can be also used to design the cooling system in the incipient stage of engine/vehicle development . The procedure was coded to the computer program so as to use it flexibly and, in the future, to expand it into an independent design tool of the whole cooling system including the heat release and rejection.
포장 시스템 내에서의 습기흐름과 열흐름은 상호간에 복합적인 작용을 하는 과정들로 인식되어 왔다. 습기의 흐름과 열흐름에 기인한 포장내에서의 습기와 온도의 분포는 계절적으로 변화할 뿐만 아니라 수직 그리고 수평적으로도 변화한다. 이 논문은 불포화토에서의 이차원 복합적인 습기와 열흐름에 대해서 유한요소법을 사용한 분석모델을 제시한다. 모델을 검증하기 위해 모델에 의한 분석결과는 Canada Alberta에 소재한 GEO-SLOPE사에 의해 개발된 소프트웨어인 GEO-SLOPE에 의해 분석된 결과와 비교하였다. 그리고 모델에서 사용된 입력데이터가 모델분석에 미치는 영향을 알아보기 위해 ASTM 방법에 의한 민감도 분석을 수행하였다.
The Effects of radiative heat transfer on turbulent flow in a partitioned enclosure is studied numerically. The enclosure is partially divided by a thin, poorly conducting vertical divider projecting from the ceiling of the enclosure. The low Reynolds number $k-{\epsilon}$ model is adopted to calculate the turbulent flow field. The solutions to the radiative transfer equations are obtained by the discrete ordinates method(DOM). This method is based on control volume method and is compatible with the SIMPLER algorithm used to solve the momentum and energy equations. The effects of optical thickness and Planck number on the flow, temperature fields and heat transfer rates are investigated for a moderate Rayleigh number($=10^9$). The changes in buoyant flow fields and temperature distributions due to the variation of baffle length are also analyzed. From the predictions, radiant heat exchange between the baffle and the sidewalls strongly influences the temperature distribution in the baffle and its vicinity and total heat transfer increases as the optical thickness and the baffle length decrease. It is possible to neglect the radiative heat transfer effect when Planck number is over one.
Mass transfer experiment by naphthalene sublimation method has great advantages in measurement of local transfer coefficients in the region of a three dimensional flow or for a model of complex geometry, which is considered to be very difficult with conventional heat transfer measurements. Mass transfer data obtained by naphthalene sublimation technique are converted to the heat transfer data through heat/mass transfer analogy. This analogy is valid for a simple or laminar flow, but new insight is needed when applying to a turbulent flow or complex flow such as separation, reattachment and recirculation, The purpose of this research is to investigate how geometries and flow conditions incorporate heat/mass transfer analogy. Mass transfer experiments are performed using naphthalene sublimation technique for a flat plate, a circular cylinder, and rectangular cylinders. And mass transfer data are compared with earlier heat transfer measurements for the same geometries. Usefulness of analogy relation between heat and mass transfer is examined with these results.
The flow and the heat transfer about the cross-flow fin-tube heat exchanger in an out-door unit of a heat pump system has been numerically Investigated. Using the general purpose analysis code, FLUENT, the Navier-Stokes equations and the energy equation are solved for the three dimensional computation domain that encompasses multiple rows of the fin-tube. The temperature on the fin and tube surface is assumed constant but compensated later through the fin efficiency when predicting the heat-transfer rate. The contact resistance is also taken into consideration. The flow and temperature fields for a wide range of inlet velocity and fin-tube arrangements are examined and the results are presented in the paper. The details of the flow are very well captured and the heat transfer rate for a range of inlet velocity is in excellent agreement with the measured data. The flow solution provides the effective permeability and the inertial resistance factor of the heat exchanger if the exchanger were to be approximated by the porous medium. This information is essential in carrying out the global flow field calculation which, in turn, provides the inlet velocity lot the microscopic temperature-field calculation of the heat exchanger unit.
Most of modem aerospace gas turbines must be operated at a gas temperature which is several hundreds of degrees higher than the melting temperatures of the materials used in their construction. Complicated cooling schemes need to be employed in the combustor walls and in the high pressure turbine stages. Internal passages are cast or machined into the hot sections of aero-gas turbine engines and air from the compressor is used for cooling. In many cases, the cooling system is engineered to utilize jets of high velocity air, which impinge on the internal surfaces of the components. They are categorized as 'Impinging Cooling Method' and 'Vortex Cooling Method'. Specially, research of new cooling system(Vortex Cooling Method) that overcomes inefficiency of film cooling and limitation of space. The focus of new cooling system that improves greatly cooling efficiency using less amount of cooling air on surface heat transfer elevation. Therefore, in this study, a numerical analysis has been peformed for characteristics of flow and heat transfer in the swirl chamber and compared with the flow measurements by LDV. Especially, for understanding high heat transfer efficiency in the vicinity of wall, we considered flow structure, vortex mechanism and heat transfer characteristics with variation of the Reynolds number.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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