Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.6
no.2
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pp.39-45
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2005
Numerical and visualization procedures are used in a finite difference grid to analyze and better understand the heat transfer in the MEMS based air micro-jet array (MIA) impingement cooling device. The Navier-Stokes (NS) equations with incompressible flow are solved using an implicit procedure. The temperature contour and velocity vector visualization diagrams are used for illustration. The computed temperature distribution at the bottom of the MIA is in good agreement with the experimental measurement data. The parameters are investigated to improve the efficiency of heat transfer in the MIA. The optimum configuration of the MIA is suggested. The present modeling explains the flow phenomenon and yields valuable information to understand the flow and heat transfer in MIA.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.12
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pp.1869-1878
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2001
Experiments are carried out to investigate the effect of pulsations on the flow and heat transfer characteristics of an axisymmetric impinging jet on a flat plate heated by using a gold coated aim. Vertex motion in the impinging jet is visualized using a fog generator, and a thermochromatic liquid crystal (TLC) technique is used to measure the time averaged local temperature distributions on the impingement plate. In addition, the quantitative data for mean velocity and turbulence intensity are obtained employing hot-wire anemometer. Parameters such as pulsating frequency (f = 0, 10 and 20 Hz) and the nozzle-to-palate spacing (H/D = 2, 10) are considered at the jet Reynolds number of 20,000. Consequently, the significant changes of flow structure and local Nusselt number distribution due to pulsations are observed. In the case of H/D = 2, the enhanced heat transfer coefficient exceeding 30 % is observed at the stagnation point. At the high H/D, heat transfer rate increases with pulsation frequency.
A numerical study has been performed to evaluate thermal-hydraulic performance of a finger type cooling module with multiple-jet impingement in a divertor of nuclear fusion reactor. To analyze conjugate heat transfer in both solid and fluid domains, numerical analysis of the flow using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations has been performed with shear stress transport turbulence model. The computational domain for the cooling module consisted of a single fluid domain and three solid domains; tile, thimble, and cartridge. The numerical results for the temperature variation on the tile were validated in comparison with experimental data under the same conditions. A parametric study was performed with four geometric parameters, i.e., angles between x-axis and centerlines of hole 1, 2, 3 and 4. The results indicate that the heat transfer rate was increased by 2.7% and 0.7% by the angle ${\theta}_1$ and angle ${\theta}_2$, respectively, and that the pressure drop was decreased by up to 1.8% by the angle ${\theta}_3$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.2
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pp.135-145
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2004
An experimental study is conducted to investigate the flow and heat transfer characteristics of a multi-tube inserted impinging jet. Four different multi-tube devices are tested for various nozzle-to-plate distance. Flow visualization by smoke-wire method and velocity measurements using a hot-wire anemometer are applied to analyze the flow characteristics of the multi-tube insert impinging jet. The local heat transfer coefficients of the multi-tube inserted impinging jet on the impingement surface are measured and the results are compared to those of the conventional jet. In multi-tube inserted system the multi-tube length plays an important role in the flow and heat transfer characteristics of the jet flow. With multi-tube insert of I3d4 and I6d4 which has relatively longer tube length than the multi-tube-exit of I3d1 and I6d1, the flow maintains its increased velocity far downstream due to interaction between adjacent flows. For the small H/D of 4, the local heat transfer coefficients of multi-tube inserted impinging jet are much higher than those of the conventional jet because the flow has higher velocity and turbulent intensity by the use of the multi-tube device. At large gap distance of H/D=12, also higher heat transfer rates are obtained by installing multi-tube insert except multi-tube insert of I3d1.
Investigation of leading edge impingement cooling for first stage rotor blades in an aero-engine turbine, its effect on rotor temperature and trailing edge wake loss have been undertaken in this study. The rotor is modeled with the nozzle for attaining a more accurate simulation. The rotor blade is hollowed in order for the coolant to move inside. Also, plenum with the 15 jet nozzles are placed in it. The plenum is fed by compressed fresh air at the rotor hub. Engine operational and real condition is exerted as boundary condition. Rotor is inspected in two states: in existence of cooling technique and non-cooling state. Three-dimensional compressible and steady solutions of RANS equations with SST K-ω turbulent model has been performed for this numerical simulation. The results show that leading edge is one of the most critical regions because of stagnation formation in those areas. Another high temperature region is rotor blade tip for existence of tip leakage in this area and jet impingement cooling can effectively cover these regions. The rotation impact of the jet velocity from hub to tip caused a tendency in coolant streamlines to move toward the rotor blade tip. In addition, by discharging used coolant air from the trailing edge and ejecting it to the turbines main flow by means of the slot in trailing edge, which could reduce the trailing edge wake loss and a total decrease in the blade cooling loss penalty.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.9
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pp.1115-1125
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1997
Experiments have been conducted to obtain local and average heat transfer coefficients associated with impingement of a row of circular, free surface-water jets on a constant heat flux surface. Nozzle arrays are a row of 3 jets (nozzle dia.=4.6 mm) and a row of 5 jets (nozzle dia.=3.6 mm), and the nozzle configuration is Reverse cone type revealed good performance in heat transfer. Nozzle-to-plate spacings ranging from 16 mm to 80 mm were investigated for two jet center to center spacings 25 mm and 37.5 mm in the jet velocity of 3 m/s (R $e_{D}$=27000) to 8 m/s (R $e_{D}$=70000). For a row of 3 jets and a row of 5 jets, the stagnation heat transfer of the central jet is lower than that of adjacent jets. In the wall jet region between jets, for small nozzle-to-plate spacing and large jet velocity, the local maximum in the Nusselt number was observed, however, for small jet velocity or large nozzle-to-plate spacing, the local maximum was not observed. Except for the condition of $V_{O}$=8 m/s and H/D=10, the average Nusselt number reveals the following ranking: a row of 5 jets, a row of 3 jets, single jet. For a row of 3 jet, the maximum average Nusselt number occurs at H/D=8 ~ 10, and for a row of 5 jets, it occurs at H/D=2 ~ 4. Compared with the single jet, enhancement of average heat transfer for a row of 3 jets is approximately 1.52 ~ 2.28 times, and 1.69 ~ 3.75 times for a row of 5 jets.ets.s.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.11
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pp.754-761
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2011
The present study numerically investigates two-dimensional flow and heat transfer in the multiple confined impinging slot jet. Numerical simulations are performed for the different Reynolds numbers(Re=100 and 200) in the range of nozzles from 1 to 9 and height ratios(H/D) from 2 to 5, where H/D is the ratio of the channel height to the slot width. The vector plots of velocity profile, stagnation and averaged Nusselt number distributions are presented in this paper. The dependency of thermal fields on the Reynolds number, nozzle number and height ratio can be clarified by observing the Nusselt number as heat transfer characteristic at the stagnation point and impingement surface. The Nusselt number at the stagnation point of the central slot shows unsteadiness at H/D=3 and Re=200. The value of Nusselt number at the stagnation point of the central slot decreases with higher Reynolds number and number of nozzle although overall area averaged Nusselt number increases. Hence careful selection of geometrical parameters and number of nozzle are necessary for optimization of the heat transfer performance of multiple slot impinging jet.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.22
no.8
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pp.538-544
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2010
An experimental investigation is presented to study the effect nozzle spacing, jet to plate spacing and Reynolds number on the local heat transfer to normally upward impinging submerged circular water jets on a flat heated surface. Nozzle arrays are a single jet(nozzle dia. = 8 mm), a row of 3 jets(nozzle dia. = 4.6 mm, nozzle spacing = 37.5 mm) and a row of 5 jets(nozzle dia. = 3.6 mm, nozzle spacing = 25 mm), and jet to plate spacing ranging from 16∼80 mm(H/D = 2∼10) is tested. Reynolds number based on single jet exit condition is varied 30000∼70000($V_o$ = 3∼7 m/s). Except for the condition of H/D = 10, the average Nusselt number of multi-jet is higher than that of single jet. For H/D = 2, average Nusselt number is increased by 50.3∼82.5% for a row of 3 jets and by 52.9∼65.2% on a row of 5 jets when compared to the average Nusselt number on the single jet.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.12
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pp.4013-4026
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1996
A numerical simulation has been carried out for the jet impinging on a flat plate and a semi-circular concave surface. In this computation finite volume method was employed to solve the full Navier-Stokes equation based on a non-orthogonal coordinate with non staggered variable arrangement. The standard k-.epsilon. turbulent model and low Reynolds number k-.epsilon. model(Launder-Sharmar model) with Yap's correction were adapted. The accuracy of the numerical calculations were compared with various experimental data reported in the literature and showed good predictions of centerline velocity decay, wall pressure distribution and skin friction. For the jet impingement on a semi-circular concave surface, potential core length was calculated for two different nozzle(round edged nozzle and rectangular edged nozzle) to consider effects of the nozzle shape. The result showed that round edged nozzle had longer potential core length than rectangular edged nozzle for the same condition. Heat transfer rate along the concave surface with constant heat flux was calculated for various nozzle exit to surface distance(H/B) in the condition of same jet velocity. The maximum local Nusselt number at the stagnation point occurred at H/B = 8 where the centerline turbulent intensity had maximum value. The predicted Nusselt number showed good agreement with the experimental data at the stagnation point. However heat transfer predictions along the downstream were underestimated. This results suggest that the improved turbulence modeling is required.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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