Heat transfer characteristics for an air jet vertically impinging on a flat plate with a set of hybrid rods was investigated numerically using the RNG k-$\varepsilon$turbulent model. A commercial finite-volume code FLUENT is used. The rods had cross sections of half circular and rectangular shapes. The heating surface was heated with a constant heat flux value of $1020W/m^2$. Parameters investigated were the jet Reynolds number, nozzle -to-plate spacing, the rod pitch and rod-to-plate clearance. The local and average Nusselt number were found to be dependent on the rod pitch and the clearance because installing rods disturbed the flow. Higher convective heat transfer rate occurred in the whole plate as well as in the wall jet region.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.7
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pp.578-586
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2006
The present study has been conducted to examine the effect of obstacles around a cooling tower and an air-guide to prevent recirculation. In order to analyze the interaction between external flow and cooling tower exit flow, the external region as well as the cooling, tower are included in computational domain. Two dimensional analysis is performed using the finite volume method with non-orthogonal and unstructured grid system. The standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model is used. To investigate the recirculation phenomena, flow and temperature fields are calculated with three approaches such as, the distance between cooling tower and obstacle, the allocated geometrical type, and the effect of height of obstacle. In addition, the air-guide is considered in the current computation. The mean recirculation rate increases with the height of obstacle. The effect of air-guide to reduce the mean recirculation rate is obviously observed.
Multi-stage pumps are the most popular pumps among various kinds of centrifugal pumps. Athorough review of different kinds of literature has led to the conclusion that there is a desperate need to increase the performance of the multi-stage centrifugal pump. Many investigators have put their efforts to increase the pump performance and also the work is being projected on various aspects of pump performance variables. To improve the multistage centrifugal pump performance by investigation, modification, and analysis many works of literature are available. For analysis, many researchers used the Navier-Stokes solver to create the three-dimensional unsteady turbulent flow numerical model with the standard k-ε turbulent equation. This paper mainly focuses on research related to the multi-stage centrifugal pump.
A numerical simulation method has been developed to predict atmospheric flow and stack gas diffusion using a calculation domain of several km around a stack under complex terrain conditions containing buildings. The turbulence closure technique using a modified k-$\varepsilon$-type model under a non hydrostatic assumption was used for the flow calculation, and some of the calculation grids near the ground were treated as buildings using a terrain-following coordinate system. Stack gas diffusion was predicted using the Lagrangian particle model, that is, the stack gas was represented by the trajectories of released particles. The numerical model was applied separately to the flow and stack gas diffusion around a cubical building and to a two-dimensional ridge in this study, before being applied to an actual terrain containing buildings in our next study. The calculated flow and stack gas diffusion results were compared with those obtained by wind tunnel experiments, and the features of flow and stack gas diffusion, such as the increase in turbulent kinetic energy and the plume spreads of the stack gas behind the building and ridge, were reproduced by both calculations and wind tunnel experiments. Furthermore, the calculated profiles of the mean velocity, turbulent kinetic energy and concentration of the stack gas around the cubical building and the ridge showed good agreement with those of wind tunnel experiments.
Park, Hyo-Gil;Jung, Sung-Soon;Kim, Chul-Moon;Ahn, Won-Sik;Jee, Hong-Kee
Journal of Wetlands Research
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v.13
no.1
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pp.79-94
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2011
As demonstrated in study for non-submerged groynes, the flow field is predominantly two-dimensional, with mainly horizontal eddies. The eddies shed form the tips of the groynes and migrate in the flow direction. These eddies have horizontal dimensions in the order of tens of meters and time-scales in the order of minutes. In the standard flow simulations, these motions are usually not resolved, due to a too coarse grid, too large time steps and, more importantly, the use of inadequate turbulence modelling. using for example a k-${\varepsilon}$ model, it is necessary to introduce substantial modifications. Therefore simulation resolved in this study, were carried out using the DELFT-3D-MOR programme, which is part of the DELFT3D software package of WL/Delft Hydraulics and In this study, apply a two-dimensional depth-averaged model, taking an horizontal large eddy simulation(HLES). The bed morphology computed when using HLES, as well as the associated time-scale, is similar to what has been obseved in a field case. When using a mean-flow model with-out HELS, the bed morphology is less realistic and the morphological time-scale is much larger. This slow development is the result of neglecting(or averaging). the strong velocity fluctuations associated with the time-varying eddy formation.
Hassanzadeh, A. Reza;Yaakob, Omar bin;Ahmed, Yasser M.;Ismail, M. Arif
Wind and Structures
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v.23
no.4
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pp.301-311
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2016
The numerous benefits of Savonius turbine such as simple in structure, has appropriate self-start ability, relatively low operating velocity, water acceptance from any direction and low environmental impact have generated interests among researchers. However, it suffers from a lower efficiency compared to other types of water turbine. To improve its performance, parameters such flow pattern, pressure and velocity in different conditions must be analyzed. For this purpose, a detailed description on the flow field of various types of Savonius rotors is required. This article presents a numerical study on a nonlinear two-dimensional flow over a classic Savonius type rotor and a Benesh type rotor. In this experiment, sliding mesh was used for solving the motion of the bucket. The unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes equations were solved for velocity and pressure coupling by using the SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure linked Equations) algorithm. Other than that, the turbulence model using $k-{\varepsilon}$ standard obtained good results. This simulation demonstrated the method of the flow field characteristics, the behavior of velocity vectors and pressure distribution contours in and around the areas of the bucket.
The paper describes a study about effects of upstream hills on design wind loads using two mathematical approaches: Computational Fluid Dynamics (CFD) and Artificial Neural Network (NN for short). For this purpose CFD and NN tools have been developed using an object-oriented approach and C++ programming language. The CFD tool consists of solving the Reynolds time-averaged Navier-Stokes equations and $k-{\varepsilon}$ turbulence model using body-fitted nearly-orthogonal coordinate system. Subsequently, design wind load parameters such as speed-up ratio values have been generated for a wide spectrum of two-dimensional hill geometries that includes isolated and multiple steep and shallow hills. Ground roughness effect has also been considered. Such CFD solutions, however, normally require among other things ample computational time, background knowledge and high-capacity hardware. To assist the enduser, an easier, faster and more inexpensive NN model trained with the CFD-generated data is proposed in this paper. Prior to using the CFD data for training purposes, extensive validation work has been carried out by comparing with boundary layer wind tunnel (BLWT) data. The CFD trained NN (CFD-NN) has produced speed-up ratio values for cases such as multiple hills that are not covered by wind design standards such as the Commentaries of the National Building Code of Canada (1995). The CFD-NN results compare well with BLWT data available in literature and the proposed approach requires fewer resources compared to running BLWT experiments.
Purpose: This study was conducted to analyze the air flow characteristics in a plant factory with different inlet and outlet locations using computational fluid dynamics (CFD). Methods: In this study, the flow was assumed to be a steady-state, incompressible, and three-dimensional turbulent flow. A realizable k-${\varepsilon}$ turbulent model was applied to show more reasonable results than the standard model. A CFD software was used to perform the numerical simulation. For validation of the simulation model, a prototype plant factory ($5,900mm{\times}2,800mm{\times}2,400mm$) was constructed with two inlets (${\Phi}250mm$) and one outlet ($710mm{\times}290mm$), located on the top side wall. For the simulation model, the average air current speed at the inlet was $5.11m{\cdot}s^{-1}$. Five cases were simulated to predict the airflow pattern in the plant factory with different inlet and outlet locations. Results: The root mean square error of measured and simulated air current speeds was 13%. The error was attributed to the assumptions applied to mathematical modelling and to the magnitude of the air current speed measured at the inlet. However, the measured and predicted airflow distributions of the plant factory exhibited similar patterns. When the inlets were located at the center of the side wall, the average air current speed in the plant factory was increased but the spatial uniformity was lowered. In contrast, if the inlets were located on the ceiling, the average air current speed was lowered but the uniformity was improved. Conclusions: Based on the results of this study, it was concluded that the airflow pattern in the plant factory with multilayer cultivation shelves was greatly affected by the locations of the inlet and the outlet.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.6
no.3
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pp.245-259
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1994
This paper is concerned with the development of a three-dimensional numerical model for coastal circulation and heat transport with improved prediction ability. The model uses fully nonlinear, time-dependent three-dimensional, $\sigma$-transformed equations of motion and equation of heat transport The model was verified with experimental data for wind-driven current in a one-dimensional channel and thermal jets flowing into stagnant waters and applied for unsteady flow induced by tide and thermal jets in coastal waters around Kori nuclear power plant. The model results were in good agreements with experimental data sets for wind-driven current and thermal jet, and field observed data sets in coastal waters. This study has shown that the $\kappa$-$\varepsilon$ turbulence model is applicable to various coastal conditions without any modification of turbulence constants.
Bak, Jeong-Gyu;Cho, Jinsoo;Lee, Seawook;Kang, Young Seok
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.1
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pp.8-19
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2016
This paper investigates the effects of inlet turbulence conditions and near-wall treatment methods on the heat transfer prediction of gas turbine vanes within the range of engine relevant turbulence conditions. The two near-wall treatment methods, the wall-function and low-Reynolds number method, were combined with the SST and ${\omega}RSM$ turbulence model. Additionally, the RNG $k-{\varepsilon}$, SSG RSM, and $SST_+{\gamma}-Re_{\theta}$ transition model were adopted for the purpose of comparison. All computations were conducted using a commercial CFD code, CFX, considering a three-dimensional, steady, compressible flow. The conjugate heat transfer method was applied to all simulation cases with internally cooled NASA turbine vanes. The CFD results at mid-span were compared with the measured data under different inlet turbulence conditions. In the SST solutions, on the pressure side, both the wall-function and low-Reynolds number method exhibited a reasonable agreement with the measured data. On the suction side, however, both wall-function and low-Reynolds number method failed to predict the variations of heat transfer coefficient and temperature caused by boundary layer flow transition. In the ${\omega}RSM$ results, the wall-function showed reasonable predictions for both the heat transfer coefficient and temperature variations including flow transition onset on suction side, but, low-Reynolds methods did not properly capture the variation of the heat transfer coefficient. The $SST_+{\gamma}-Re_{\theta}$ transition model showed variation of the heat transfer coefficient on the transition regions, but did not capture the proper transition onset location, and was found to be much more sensitive to the inlet turbulence length scale. Overall, the Reynolds stress model and wall function configuration showed the reasonable predictions in presented cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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