Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.7
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pp.903-910
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2002
The present study aims to investigate the heat transfer characteristics of a pulsating axisymmetric air jet impinging on a heated wall. An axisymmetric contraction nozzle is used to obtain uniform profiles for the mean velocity and turbulence intensity at the nozzle exit. Measurements of the time averaged temperature on the impingement surface are conducted using a Thermochrornatic Liquid Crystal(TLC) technique for steady and pulsating jets at the jet Reynolds numbers of 20000, 30000 and 40000. Considered are pulsation frequencies of 10 and 20 Hz, corresponding to Strouhal numbers below 0.06 based on nozzle width and jet discharge velocity. In addition, the effect of nozzle-to-plate distances in the range of 2 to 10 on heat transfer characteristics is assessed. The pulsating impinging jet provides more uniform heat transfer coefficient near the impingement region, irrespective of H/D. Based on the measured data, a good correlation as a function of the jet Reynolds and Nusselt numbers is reported. It is also found that an exponent m in the relation of Nu ${\propto}\;Re^m$ depends on both r/D and H/D, by which the impinging jet flows are highly affected.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.17
no.8
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pp.714-721
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2005
The water jet impingement cooling with boiling is one of the techniques to remove heat from high heat flux equipments. The configuration of surface roughness is one obvious condition of affecting the performance on heat transfer in nucleate boiling, The present study investigates the water jet impinging single-phase convection and nucleate boiling heat transfer for the effect of surface roughness to enhance the heat transfer in free surface and submerged jet. The distributions of the averaged wall temperature as well as the boiling curves are discussed. Jet velocities are varied from 0.65 to 1.7 m/s. Surface roughness by sand blast and sand paper varies from 0.3 to 2.51 ${\mu}m$ and cavity shapes on surface are semi-circle and v-shape, respectively The results showed that higher velocity of the jet caused the boiling incipience to be delayed more. The incipient boiling and heat transfer increase with increasing surface roughness due to a large number of cavities of uniform size.
A number of piping components in the secondary system of nuclear power plants (NPPs) are exposed to aging mechanisms, such as flow-accelerated corrosion (FAC), cavitation, flashing, solid particle erosion, and liquid droplet impingement erosion. Those mechanisms may lead to thinning, leaking, or rupture of the components. Due to the pipe ruptures caused by wall thinning in Surry unit 2 in the USA in 1986 and Mihama unit 3 in Japan in 1994, pipe wall thinning management has emerged as one of the most important issues in the nuclear industry. To manage pipe wall thinning, a foreign program has been utilized for NPPs in Korea since 1996. As our experience and knowledge of pipe wall thinning management have accumulated, our program needs to reflect our experience, requests from users, and the result of recent experiments using Flow Accelerated Corrosion Testing System (FACTS). FACTS is the empirical experimental facility developed by Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) for tests. Accordingly, KEPCO-E&C developed a 3D-based pipe wall thinning management program called ToSPACE in 2016. This paper describes a comparison between the FAC analysis results using ToSPACE and the experimental results using FACTS to verify their applicability to pipe wall thinning management in NPPs.
The complex, unsteady, self-sustained pressure oscillations induced by supersonic flow past a rectangular cavity is investigated using numerical simulations. The present numerical study is performed using a parallel, multiblock solver for the two-dimensional, compressible NavierStokes equations. Open cavities with length-to-depth (L / D) ratio in the range 0.5 - 3.3 are considered. This paper sheds light on the cavity physics, cavity oscillatory mechanism, and the organisation of vortical structures inside the cavity. The vortex shedding phenomenon, the shear layer impingement event at the aft wall and the movement of the acoustic/compression wave within the cavity are well predicted. The vortical structures· and the source of the acoustic disturbances are found to be located near the aft wall of the cavity. With the increase in the cavity length, strong recompression of the flow near the aft wall leading to a sudden jump in the cavity form drag is observed. The estimated cavity tones are in good agreement with the available semiempirical relation. Multiple peaks are noticed in deep and long cavities. For the present freestream Mach number 1.71, it is observed that around L/D=2.0, the cavity oscillatory mechanism changes from the transverse to longitudinal oscillatory mode. The effects of this transition on various fluid dynamics and acoustic properties are also discussed.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.2
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pp.100-106
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2006
The behavior of spray impinging on the inclined constant temperature flat plate was experimentally investigated. To clarify the wall effect of a high pressure DISI injector, a relative angle of the inclined wall to a spray axis was varied. Spray penetration along the wall was observed optically and it was compared with that of a Fan spray type and Swirl type spray. To evaluate various spray motion quantitatively, a spray path penetration which describe the development of a spray tip along the wall was newly introduced. To observe the structure of an impinging spray, it was visualized by a controlled stroboscope light and its visualized image was captured on an CCD camera. Using the digital image of impinging spray $H_x$ and $R_x$ was extracted to clarify the structure of impinging spray. The main parameter of the relative position of the wall was the inclined angle which was defined as the angle was varied from $0^{\circ}$ (vertical impingement) to $60^{\circ}$ at the same condition.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.3
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pp.357-366
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1986
The flow characteristics of two-dimensional turbulent offset jet which is discharged parallel to a solid wall has been studied experimentally and numerically. In the experiment, 3-hole pitot tube and 2 channel constant temperature hot-wire anemometer are used to measure local mean velocity, turbulence intensity and Reynolds stress while scannivalve is used to measure the wall pressure distribution. It is confirmed experimentally that local mean velocity is closely related to wall pressure distribution. It is also verified that for large Reynolds numbers and fixed step height there exists a similarity in the distribution of wall pressure coefficient. The maximum values of turbulence intensity occur in the top and bottom mixing layers and the magnitude of Reynolds stress becomes large in the lower mixing layer than in the top mixing layer due to the effect of streamline curvature and entrainment. In the numerical analysis, standard k-.epsilon. model based on eddy viscosity model and Leschziner and Rodi model based on algebraic stress model are adopted. The numerical analyses predict shorter reattachment lengths than the experiment, and this difference is judged to be due mainly to the problem of turbulence model constants and numerical algorithm. This also causes the inconsistency between the two results for other turbulence quantities in the recirculation region and impingement region, which constitutes a subject of a continued future study.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.4
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pp.79-84
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2005
An experimental investigation for impingement of under-expanded, axisymmetric jets on a flat plate has been conducted, and the surface pressure, the adiabatic wall temperature distributions on the plate have been measured in detail. For the explanation on the wall temperature distributions, the total temperature distributions along a free jet have also been measured with total temperature probes. In this study, the under-expansion ratio and the nozzle-to-plate distance have been considered as experimental parameters. Depending on nozzle-to-plate distances, different distributions of adiabatic wall temperature are shown by the energy separation at a jet edge and a impinged surface. Also, the recovery factor on a stagnation point decreases significantly due to the isolation of fluid particles in a central region.
Unburned hydrocarbon (UBHC) emissions from gasoline engines remain a primary engineering research and development concern due to stricter emission regulations. Gasoline engines produce more UBHC emissions during cold start and warm-up than during any other stage of operation, because of insufficient fuel-air mixing, particularly in view of the additional fuel enrichment used for early starting. Impingement of fuel droplets on the cylinder wall is a major source of UBHC and a concern for oil dilution. This paper describes an experimental study that was carried out to investigate the distribution and 'footprint' of fuel droplets impinging on the cylinder wall during the intake stroke under engine starting conditions. Injectors having different targeting and atomization characteristics were used in a 4-Valve engine with optical access to the intake port and combustion chamber. The spray and targeting performance were characterized using high-speed visualization and Phase Doppler Interferometry techniques. The fuel droplets impinging on the port, cylinder wall and piston top were characterized using a color imaging technique during simulated engine start-up from room temperature. Highly absorbent filter paper was placed around the circumference of the cylinder liner and on the piston top to collect fuel droplets during the intake strokes. A small amount of colored dye, which dissolves completely in gasoline, was used as the tracer. Color density on the paper, which is correlated with the amount of fuel deposited and its distribution on the cylinder wall, was measured using image analysis. The results show that by comparing the locations of the wetted footprints and their color intensities, the influence of fuel injection and engine conditions can be qualitatively and quantitatively examined. Fast FID measurements of UBHC were also performed on the engine for correlation to the mixture formation results.
Large eddy simulation is used to investigate the compressible flow over a cavity with high aspect ratio. The sub-grid scale stresses are modeled using the dynamic model. The compressible Navier-Stokes equations are solved with the sixth order accurate compact finite difference scheme in the space and the 4th order Runge-Kutta scheme in the time. The buffer Bone techniques are used for non-reflecting boundary conditions. The results show the shear layer oscillation over the cavity. The votical disturbances, the roll-up of vorticity, and impingement and scattering of vorticity at the downstream cavity edge can be seen in the shear layer. Several peaks for the resonant frequencies are found in the spectra of the vertical velocity at the center-line. The most energetic Peak near the downstream edge is different from that at the center part of the cavity The pressure has its minimum value in the vortex core inside the cavity, and becomes very high at the downstream face of the cavity. The variation of the model coefficient predicted by the dynamic model is quite large between 0 and 0.3. The model coefficient increases in the stream-wise evolution of the shear layer and sharply decreases near the wall due to the wall effect.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.1
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pp.1-8
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2003
The heat transfer and flow measurements on a cylindrical pedestal mounted on a flat surface with a turbulent impinging jet were made. The experiments were made for the jet Reynolds number of Re = 23,000, the dimensionless nozzle-to-surface distance of L/d = 2~10, the dimensionless pedestal height of H/D = 0~1.5. Measurements of the surface temperature and the Nusselt number distributions on the plate surface were made using liquid crystal and shroud-transient technique. Flow measurements involve smoke flow visualization and the wall pressure coefficient. The results show that the wall pressure coefficient sharply decreases along the upper surface of the pedestal. However, the pressure increases when the fluid escapes from the pedestal and then collides on the plate surface. The secondary maxima in the Nusselt numbers occur in the region of 1.0 $\leq$ r/d $\leq$ 1.9. Their values for the case of H/D = 0.5 are maximum 80% higher than those for other cases. The formation of the secondary maxima may be attributed to the reattachment of flow on the plate surface which was separated at the edge of the pedestal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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