Impingement cooling utilizing synthetic jets is emerging as a popular cooling technique because of its high local cooling efficiency. The interaction between the vortex structure of the synthetic jet and the surface is crucial in understanding the mechanism of this technique. In this study, the impinging vortex structure and its advection are investigated by experiments with jet-to-surface spacing $2{\leq}H/D{\leq}7$, and synthetic jet Reynolds number $5120{\leq}Re{\leq}9050$. Using phase-locked particle image velocimetry, ensemble averaged (phase averaged) flow fields are obtained, and vortex identification and quantification techniques are applied. The shape, trajectory, and intensity change of the vortex are assessed. A sharp decline in the vortex intensity and the occurrence of a counter-rotating vortex at the impingement point are observed.
Hydrogen-steam gas mixture may be injected into containment with flow regime varying both spatially and transiently due to wall effect and pressure difference between primary loop and containment in severe accidents induced by loss of coolant accident. Preliminary CFD analysis is conducted to gain information about the helium flow regime transition process from jet to buoyancy plume for forthcoming experimental study. Physical models of impinging jet and wall condensation are validated using separated effect experimental data, firstly. Then helium transportation is analyzed with the effect of jet momentum, buoyancy and wall cooling discussed. Result shows that helium distribution is totally dominated by impinging jet in the beginning, high concentration appears near gas source and wall where jet momentum is strong. With the jet weakening, stable light gas layer without recirculating eddy is established by buoyancy. Transient reversed helium distribution appears due to natural convection resulted from wall cooling, which delays the stratification. It is necessary to concern about hydrogen accumulation in lower space under the containment external cooling strategy. From the perspective of experiment design, measurement point should be set at the height of connecting pipe and near the wall for stratification stability criterion and impinging jet modelling validation.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.6
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pp.152-158
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2013
The purpose of this study is to investigate cooling performance of high power LEDs from 100 to 200 W class by using a jet impingement cooling module. The numerical analysis of forced convection cooling inside cooling module is carried out using a multi-purpose CFD software, FLUENT 6.3. In the experiments, the LED cooling system consists of jet impingement module, heat exchanger, water reservoir, and pump. In the present study, the cooling performance of jet impingement cooling module is investigated to determine the effect of the heat sink types on the impinging surface, the space and length of fins. Numerical and experimental studies show the reasonable agreement of LED metal PCB temperature between those results and give the optimized design parameters such as the space of fin and the length of fin. Also, the pin fin type of heat sink is found to be more efficient than the plate type heat sink in jet impingement cooling.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.7
s.238
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pp.828-836
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2005
Impingement/effusion cooling technique is used for combustor liner or turbine parts cooling in gas turbine engine. In the impingement/effusion cooling system, the crossflow generated in the cooling channel induces an adverse effect on the cooling performance, which consequently affects the durability of the cooling system. In the present study, to reduce the adverse effect of the crossflow and improve the cooling performance, circular pin fins are installed in impingement/effusion cooling system and the heat transfer characteristics are investigated. The pin fins are installed between two perforated plates and the crossflow passes between these two plates. A blowing ratio is changed from 0.5 to 1.5 for the fixed jet Reynolds number of 10,000 and five circular pin fin arrangements are considered in this study. The local heat/mass transfer coefficients on the effusion plate are measured using a naphthalene sublimation method. The results show that local distributions of heat/mass transfer coefficient are changed due to the installation of pin fins. Due to the generation of vortex and wake by the pin fin, locally low heat/mass transfer regions are reduced. Moreover, the pin fin prevents the wall jet from being swept away, resulting in the increase of heat/mass transfer. When the pin fin is installed in front of the impinging let, the blockage effect on the crossflow enhances the heat/mass transfer. However, the pin fin installed just behind the impinging jet blocks up the wall jet, decreasing the heat/mass transfer. As the blowing ratio increases, the pin fins lead to the higher Sh value compared to the case without pin fins, inducing $16\%{\~}22\%$ enhancement of overall Sh value at high blowing ratio of M=1.5.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.4
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pp.496-503
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2003
An experimental study has been performed on thermal transport from an aluminum foam heat sink under a confined impinging air jet. Three kinds of aluminum foam heat sinks with 10, 20 and 40 PPI and a conventional pin-fin heat sink are tested in the present study. The jet Reynolds number is varied in the range of Re=667~5672 The effect of the confinement disk diameter and the distance between the confinement disk and the heater surface on the averaged Nusselt number is investigated in detail. The results are also compared with those of the unconfined impinging air jet. The critical distance, at which thermal performance shows a minimum compared to the unconfined jet impinging, will be described in terms of the Reynolds number and the pore density of the aluminum foam.
Sun Yu Man;Cho Hyung Hee;Hwang Ki Young;Bae Ju Chan;Lee Jang Woo
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.10a
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pp.113-118
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2004
Experiments are conducted to get basic information of under-expanded impinging jet in the near field. Experimental parameters are impinging angle and under-expanded ratio. As the under-expanded ratio increases, the maximum surface pressure decreases and the reducing effect of recovery factor increases. As the impinging angle decreases, the peak of surface pressure is displaced slightly from the geometric center of the plate to the upward region and the cooling region is expanded in the downward region, whereas it is contracted in the upward region.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.5
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pp.668-676
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2003
The effect of nozzle height on heat transfer of a hot steel plate cooled by an impinging liquid jet is not well understood. Previous studies have been based on the dimensionless parameter z/d. To test the validity of this dimensionless parameter and to investigate gravitational effects on the jet, stagnation velocity of an impinging liquid jet were measured and the cooling experiments of a hot steel plate were conducted for z/d from 6.7 to 75, and an inverse heat conduction method is applied for the quantitative comparison. Also, the critical instability point of a liquid jet was examined over a range of flow rates. The experimental velocity data for the liquid jet were well correlated with the dimensionless number 1/F $r_{z}$$^2$based on distance. It was thought that the z/d parameter was not valid for heat transfer to an impinging liquid jet under gravitational forces. In the cooling experiments, heat transfer was independent of z when 1/F $r_{z}$$^2$< 0.187(z/d = 6.7). However, it was found that the heat transfer quantity for 1/F $r_{z}$$^2$=0.523(z/d = 70) is larger 11% than that in the region for 1/F $r_{z}$$^2$=0.187. The discrepancy between these results and previous research is likely due to the instability of liquid jet.uid jet.
The supersonic impinging jet has been extensively applied to rocket launching system, gas jet cutting control, gas turbine blade cooling, etc. In such applications, wall temperature of an object on which supersonic jet impinges is a very important factor to determine the performance and life of the device. However, wall temperature data of supersonic impinging jets are not enough to data. The present study describes an experimental work to measure the wall temperatures of a vertical flat plate on which supersonic, dual, coaxial jet impinges. An Infrared camera is employed to measure the wall temperature distribution on the impinging plate. The pressure ratio of the jet is varied to obtain the supersonic jets in the range of over-expanded to moderately under-expanded conditions at the exit of coaxial nozzle. The distance between the coaxial nozzle and the flat plate was also varied. The coaxial jet flows are visualized using a Shadow optical method. The results show that the wall temperature distribution of the impinging plate is strongly dependent on the jet pressure ratio and the distance between the nozzle and plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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