A three-dimensional numerical calculation has been performed to investigate mixed convective vortex flow in rectangular channels(width/height=4) with the upper part cooled and the lower part heated uniformly. In this study, the Prandtl number was 909, the Reynolds number was varied from 0 to $9.6{\times}10^{-2}$ and the Rayleigh number from $10^3$ to $5{\times}10^4$. The governing equations were discretized using the finite volume method. From a parametric study, velocity and temperature distributions were obtained and discussed. It is found that vortex flow of mixed convection in rectangular channels can be classified into three flow patterns which depend on Reynolds and Rayleigh numbers, and the regular vortex structure disappears around Rayleigh number $5{\times}10^4$.
The natural convection in a horizontal enclosure heated from the bottom wall, cooled at the top wall, and having a square adiabatic body in the center is studied. Three different Prandtl numbers (0.01, 0.7 and 7) are considered for the investigation of the effect of the Prandtl number on natural convection. Adiabatic boundary conditions are employed for the side walls. A two-dimensional solution for unsteady natural convection is obtained, using an accurate and efficient Chebyshev spectral methodology for different Rayleigh numbers varying over the range of $10_3$ to $10_6$. It had been experimentally reported that the heat transfer mode becomes oscillatory when Pr is out of a specific Pr band beyond the critical Ra. In this study, we reproduced this phenomenon numerically. It was found that when Ra=$10_6$, only the case for intermediate Pr (=0.7) reached a non-changing steady state and the low and high Pr number cases (Pr=0.01 and 7) showed a periodically oscillatory fashion hydrodynamically and thermally. The variation of time- and surface-averaged Nusselt numbers on the hot and cold walls for different Rayleigh numbers and Prandtl numbers are presented to show the overall heat transfer characteristics in the system. Further, the isotherms and streamline distributions are presented in detail to compare the physics related to their thermal behavior.
Oscillartory thermocapillary flow of high Prandtl number fluids in the half-zone configuration is investigated. Based on experimental observations, one oscillation cycle consists of an active period where the surface flow is strong and the hot corner region is extended and a slow period where the opposite occurs. It is found that during oscillations the deformation of free surface plays an important role and a surface deformation parameter S correlates the experimental data well on the onset of oscillations. A scaling analysis is performed to analyze the basic steady flow in the parametric ranges of previous ground-based experiments and shows that the flow is viscous dominant and is mainly driven in the hot corner. The predicted scaling laws agree well with the numerical results. It is postulated that the oscillations are caused by a time lag between the surface and return flows. A deformation parameter S represents the response time of the return flow to the surface flow.
A numerical study on oscillatory thermocapillary flow in half-zone has performed to understand the effect of axial rotation. 2d unsteady code is developed to observe the onset of oscillation. 2cs Silicone oil with Prandtl number of 26.5 is used as a working fluid. The critical temperature difference at onset of oscillation is investigated under the different aspect ratios and rotation modes. It is shown that the onset of oscillation is delayed when aspect ratio reduces and rotating speed increases. The oscillatory flow is strongly reduced under top rotation and co-rotation modes, while it is augmented under bottom rotation and counter-rotation modes. It is thought that interaction between return flow and bottom wall is important to explain the oscillatory flow.
To investigate the heat loads imposed on a reactor vessel through the natural convection of core melts in severe accidents, mass transfer experiments were performed based on the heat transfer/mass transfer analogy, using two- (2-D) and three-dimensional (3-D) facilities of various heights. The modified Rayleigh numbers ranged from $10^{12}$ to $10^{15}$, with a fixed Prandtl number of 2,014. The measured Nusselt numbers showed a trend similar to those of existing studies, but the absolute values showed discrepancies owing to the high Prandtl number of this system. The measured angle-dependent Nusselt numbers were analyzed for 2-D and 3-D geometries, and a multiplier was developed that enables the extrapolation of 2-D data into 3-D data. The definition of $Ra^{\prime}_H$ was specified for 2-D geometries, so that results could be extrapolated for 3-D geometries; also, heat transfer correlations were developed.
The present study has focused on numerical investigation on the flame structure, flame lift-off and stabilization in the partially premixed turbulent lifted jet flames. Since the lifted jet flames have the partially premixed nature in the flow region between nozzle exit and flame base, level set approach is applied to simulate the partially premixed turbulent lifted jet flames for various fuel jet velocities and co-flow velocities. The flame stabilization mechanism and the flame structure near flame base are presented in detail. The predicted lift-off heights are compared with the measured ones.
A numerical study of unsteady mixed convection in a cavity with high viscous fluid is presented. Finite volume method was employed for the discretization and PISO algorithm was used for calculating pressure term. The parameters governing the problem are the Rayleigh number ($10^3\;{\leq}\;Ra\;{\leq}\;10^5$), the Reynolds number (0 < Re $\leq$ 1), and the aspect ratio (0.5 $\leq$ AR $\leq$ 2). The fluid used is silicon oil, a high prandtl number fluid, Pr = 909.1. The results show velocity vectors and temperature distributions. It is found that the periodic flows in a cavity are observed at very low Reynolds numbers, and the period of periodic flow decreases with increasing Reynolds and Rayleigh numbers, and increases with increasing aspect ratio. Also, the Reynolds number range of periodic flow increases with increasing Rayleigh numbers and aspect ratio.
TMixed convective flow in a bottom heated and top cooled rectangular channel can be significantly affected by the channel aspect ratio, Prandtl number, Reynolds number, Rayleigh number and angle of inclination. In such a mixed convection, the flow pattern plays an important role in various technological processes. In this study, a numerical investigation is carried out to explore mixed convection in a three-dimensional rectangular channel with bottom heated and top cooled uniformly. The three-dimensional governing equations are discretized using the finite volume method. In the range of low Reynolds number($0{\leq}Re{\leq}9.6{\times}10^{-2}$), the effects of the aspect ratio($2{\leq}AR{\leq}12$) and Gr/Re are presented and discussed. The longitudinal roll number in the channel is increased with increasing aspect ratio, and the roll number induced, regardless of the aspect ratio number, is even in the range of aspect ratios between 2 and 12, New vortex flow structure containing inclined longitudinal rolls is found, which is affected by aspect ratio and Reynolds number. The ratio Gr/Re is used to check the relative magnitudes of forced and natural convection in the mixed convective flow of high viscous fluid.
본 연구에서는 종횡비 0.1이고 상.하 수평경계면이 단열된 직각밀폐용기내에 서 Pr수가 1보다 큰 물(Pr=6.97, 20.deg. C) 및 실리콘 오일(Pr=1086.42, 20.deg. C)의 양단의 온도차에 의한 자연대류에서 아직 충분히 연구되지 않은 코어형상에 주안점을 두고 실 험적으로 관찰, 조사하였으며 그 결과를 Lee의 이론적인 예측과도 비교, 검토해 보았 다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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