The purpose of this experimental research is to investigate the local heat transfer characteristics in the upward free water jet impinged on a downward flat plate of uniform heat flux. The inner shape of rectangular nozzle used was sine curve type and its contraction ratio of inlet to outlet area was five. Experimental parameters considered were Reynolds number, nozzle exit-flat plate distance, and level of supplementary water. Local Nusselt number was influenced by Reynolds number, Prandtl number, supplementary water level, and distance between the nozzle exit and flat plate. Within the impingement region, the Nusselt number has a maximum value on the nozzle center axis and decreases monotonically outward from center. Outside of the impingement region, on the other hand, the Nusselt number has a secondary peak near the position where the distance from nozzle center reaches four times the nozzle width. However if nozzle exit velocity exceeds 6.2 m/s, the secondary peak appears also in the impingement region. The empirical equation for the stagnation heat transfer is a function of Prandtl, Reynolds, and axial distance from the nozzle exit. The optimum level of supplementary water to augment the heat transfer rate at stagnation point was found to be twice the nozzle width.
Single-phase convection and partial nucleate boiling in free-surface and submerged jet impingements of subcooled water ejected through a 2-mm-diameter circular pipe nozzle were investigated by local measurements. Effects of jet velocity and nozzle-to-imping-ing surface distance as well as heat flux on distributions of wall temperature and heat transfer coefficients were considered. Incipience of boiling began from far downstream in contrast with the cases of the planar water jets of high Reynolds numbers. Heat flux increase and velocity decrease reduced the temperature difference between stagnation and far downstream regions with the increasing influence of boiling in partial boiling regime. The chance in nozzle-to-impinging surface distance from H/d=1 to 12 had a significant effect on heat transfer around the stagnation point of the submerged jet, but not for the free-surface jet. The submerged jet provided the lower cooling performance than the free-surface jet due to the entrainment of the pool fluid of which temperature increased.
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.
실험적인 방법과 수치적인 방법의 장점을 취한 고유변형도법은 선상가열에 의한 판의 변형을 예측하는데 매우 유용하다. 고유변형도법을 이용한 선상가열에 의한 판 변형의 예측을 위해서는 고유변형도의 크기와 영역을 적절하게 결정하는 것이 중요한데, 선상가열 후의 실제 냉각속도에 따라 강의 상변태 특성이 달라지므로 이 또한 고유변형도 결정에 있어서 고려되어야 한다. 조선 현장에서 많이 사용되는 수냉과정을 모사하기 위해 충돌제트, 막비등, 복사 효과를 포함하는 열전달 해석법을 제안하였으며, 이를 통해 고유변형도 영역의 실제 냉각속도와 상변태 분율을 구할 수 있다. 상변태 분율에 따른 재료의 물성치를 반영함으로써 선상가열에 의한 판의 변형을 보다 정도 있게 예측하는 것이 가능하다.
The present study has been performed to investigate the influences of rectangular fins on heat transfer in an impingement/effusion cooling system with crossflow. To simulate the impingement/effusion cooling system with initial crossflow, two perforated plates are placed in parallel and staggered arrangements with a gap distance of 2 times of the hole diameter. The crossflow passes between the plates, and various rectangular fins are installed on the plates. Reynolds number based on the hole diameter is fixed to 10,000 and the flow rate of crossflow is changed from 0.5 to 1.5 times of that of the impinging jet. A naphthalene sublimation method is used to obtain the heat/mass transfer coefficients on the effusion plate. Also to analyze the flow characteristics, a numerical calculation is performed. When rectangular fins are installed, the flow and heat transfer pattern is changed greatly from the case without fins. In the injection hole region, the jet impinges on effusion plate without deflection and wall jet spreads symmetrically. In the effusion region, the crossflow accelerates due to the decrease of cross-sectional area in the channel. Local heat/mass transfer coefficients are enhanced significantly compared to the case without fins. As the blowing ratio increases, the effect of rectangular fins against the crossflow becomes more significant and then the higher average heat/mass transfer coefficients are obtained than the case without fins. However, the increase of blockage effect gives more pressure loss in the channel.
The present study has been performed to investigate the influences of rectangular fins on heat transfer in an impingement/effusion cooling system with crossflow. To simulate the impingement/effusion cooling system with initial crossflow, two perforated plates are placed in parallel and staggered arrangements with a gap distance of 2 times of the hole diameter. The crossflow passes between the plates, and various rectangular fins are installed on the plates. Reynolds number based on the hole diameter is fixed to 10,000 and the flow rate of crossflow is changed from 0.5 to 1.5 times of that of the impinging jet. A naphthalene sublimation method is used to obtain the heat/mass transfer coefficients on the effusion plate. Also to analyze the flow characteristics, a numerical calculation is performed. When rectangular fins are installed, the flow and heat transfer pattern is changed greatly from case without fins. In the injection hole region, the jet impinges on effusion plate without deflection and wall jet spreads symmetrically. In the effusion region, the crossflow accelerates due to the decrease of cross-sectional area in the channel. Local heat/mass transfer coefficients are enhanced significantly compared to case without fins. As the blowing ratio increases, the effect of fins against the crossflow becomes more significant and then the higher average heat/mass transfer coefficients are obtained than the case without fins.
The present study is conducted to investigate the effect of rib arrangements on an impingement/effusion cooling system with initial crossflow. To simulate the impingement/effusion cooling system, two perforated plates are placed in parallel and staggered arrangements with a gap distance of 2 times of tile hole diameter. Initial crossflow passes between the injection and effusion plates, and the square ribs (3mm) are installed on the effusion plate. Both the injection and effusion hole diameters are 10mmand Reynolds number based on the hole diameter and hole-to-hole pitch are fixed to 10,000 and 6 times of the hole diameter, respectively. To investigate the effects of rib arrangements, various rib arrangements, such as 90$^{\circ}$transverse and 45$^{\circ}$angled rib arrangements, are used. Also, the effects of flow rate ratio of crossflow to impinging jets are investigated. With the initial crossflow, locally low transfer regions are formed because the wall jets are swept away, and level of heat transfer rate get decreased with increasing flow rate of crossflow. When the ribs are installed on the effusion plate, the local distributions of heat/mass transfer coefficients around the effusion holes are changed. The local heat/mass transfer around the stagnation regions and the effusion holes are affected by the rib positions, angle of attack and rib spacing. For low blowing ratio, the ribs have adverse effects on heat/mass transfer, but for higher blowing ratios, higher and more uniform heat transfer coefficient distributions are obtained than the case without ribs because the ribs prevent the wall jets from being swept away by the crossflow and increase local turbulence of the flow near the surface. Average heat transfer coefficients with rib turbulators are approximately 10% higher than that without ribs, and the higher values are obtained with small pitch of ribs. However, the attack angle of the rib has little influence on the average heat/mass transfer.
열연 판재 제조과정에서는 제품의 강도와 인성을 제어하기 위해 압연 직후 $800^{\circ}C$ 이상의 고온 소재를 수냉각 방식으로 급속 냉각시킨다. 이 과정에는 소재 표면과 냉각수 사이의 비등 열전달 현상과 소재 표면에 쌓이는 체류수의 자유표면 유동, 소재의 고속 주행 등 매우 복잡한 물리현상들을 포함하고 있다. 본 연구에서는 이 모든 물리 현상들을 수치적으로 모델링한 해석 모델을 적용하여 기본 열전달 해석을 수행한다. 실제로 소재는 냉각에 의해 내부에서 오스테나이트로부터 페라이트로 상변태가 일어나고 이로 인해 소재의 국부적인 열물성치의 변화가 발생하지만 본 연구에서는 상변태를 직접 푸는 방법 대신 이미 알려진 소재의 온도에 따른 물성변화 곡선을 이용하여 냉각해석을 수행하고 이를 기존의 일정 물성치 조건에서 해석한 결과와 비교하여 소재의 물성변화가 소재 냉각에 미치는 영향과 상변태 해석의 필요성에 대해 검토하였다.
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.
Experiments were performed to characterize single-phase heat transfer behavior of submerged liquid jet with multiple nozzle normally impinging on the smooth and extended surfaces. Arrays of 9 and 36 nozzles were used, with diameters of 0.5 to 2.0mm providing nozzle area ratio (AR) from 0.05 to 0.2. The square pin fin arrays were chosen as extended surfaces and the effects of geometrical parameters such as fin height, the ratio of fin width to channel width on heat transfer enhancement were examined. Single nozzle characteristics were also evaluated for comparison. The results clearly showed that heat transfer enhancement could be realized by using multiple nozzles at the constant volume flow rate. The average Nusselt number of multiple nozzle impingement on the smooth surface was correlated by the following equation : Nu/$Pr\frac{1}{3}=0.94 Re^{0.56}N^{-0.12}AR^{0.50}$The average heat transfer coefficients of multiple nozzle impingement on the extended surfaces decreased with increasing fin height and the ratio of fin width to channel width. The effectiveness of ex-tended surfaces ranged from 1.5 to 3.5 depending on the fin height, the ratio of fin width to channel width of pin fin arrays, nozzle number and nozzle area ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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