KUNWOO YI;YOUNG JIN KIM;HAOYUAN YIN;HYEON JIN KIM;KYONG SIK YUN;JI HAENG YU
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.34
no.2
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pp.196-204
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2023
This study performed the numerical analysis of the internal flow phenomena of 1 kWe-class solid oxide fuel cell (SOFC) stacks with internal manifold type and planar cells using commercial computational fluid dynamics (CFD) software, Star-CCM+. In particular, the locations where the turbulent phenomena occur inside the SOFC stack were investigated. In addition, the laminar flow model and the standard k-ε turbulent model were used to calculate the SOFC stack, separately. And, the calculation results of both laminar and turbulent models were compared. The calculation results showed that turbulent phenomena occurred mainly in the cathode flow. Especially, the turbulent phenomena were found in the cathode inlet/outlet region, and local turbulence occurred in the end plate near the inlet pipe.
Laminar separation bubble and transitional flow over an airfoil are investigated at a moderate range of Reynolds numbers. In this research, a Reynolds-Averaged Navier-Stokes code is coupled with an empirical transition model that can predict transition onset points and the length of transition region. Without solving the boundary layer equations, approximated e-N method is directly applied to the RANS code and iteratively solved together. The computational results are compared with the experimental data for NACA0012 airfoil. Results of transition onset point and length are compared well with experimental and XFOIL prediction. In high angle of attack the present RANS results show better agreement than XFOIL results using the boundary layer equations.
This study focuses on the near-field vortical structure and dynamics of coaxial jets. The characteristics of laminar flow and mixing in coaxial jets are investigated using a unsteady flow simulation. In order to analyze the geometric effects on the vortical structure, several cases of different configurations are selected for various values of the velocity ratio of inner jet to outer jet. From the result, it is confirmed that the flow mixing is promoted by the development of vortical structure and the interaction between inner jet and outer jet. This feature is strongly related to the vortex frequency in the shear-layers. The vortex frequency depends on the velocity ratio and the lip thickness of inner nozzle, but the outer pipe length has no effect on the frequency variation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.10
s.241
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pp.1092-1100
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2005
In the present study, characteristics of steady state laminar flows of a straight duct connected to a 180$^{o}$ curved duct were examined in the entrance region through experimental and numerical analyses. For the analysis, the governing equations of laminar flows in the Cartesian coordinate system were applied. Flow characteristics such as velocity profiles and secondary flows were investigated numerically and experimentally in a square cross-sectional straight duct by the PIV system and a CFD code(STAR CD). For the PIV measurement, smoke particles produced from mosquito coils. The experimental data were obtained at 9 points dividing the test sections by 400 3m. Experimental and numerical results can be summarized as follows. 1) Reynolds number, Re was increased, dimensionless velocity profiles at the outer wall were increased due to the effect of the centrifugal force and secondary flows. 2) The intensity of a secondary flow became stronger at the inner wall rather than the outer wall regardless of Reynolds number. Especially, fluid dynamic phenomenon called conner impact were observed at dimensionless axial position, x/D$_{h}$=50.
The control of flame shapes in a laminar pre-mixed flame has been experimentally investigated for propane/air pre-mixed laminar flames. Flames of different size and shapes are observed with heated wires or by controlling the equivalence ratio and flow rate of a mixture. The characteristics of the partitioning of a flame or the merge of flames are analyzed and explained by considering the balance between laminar flame speed and upstream mixture velocity. A combustor might be sized down while maintaining its heat production rate the same by partitioning a flame established in it. When the equivalence ratio of mixture is decreased, individual flames are merged together and the upstream mixture velocity can be practically decreased on a nozzle having opening ratio less than unity. As a result, the flame shape is to he adjusted until the newly established balanced condition is satisfied, and then. the stable combustion can be achieved again.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.6
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pp.842-849
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2002
The present study showed that a quantitative analogy of the fully developed laminar flows inorthogonally rotating rectangular ducts and stationary curved rectangular ducts of arbitrary aspect ratio could be established. In order to clarify the similarity of the two flows, the dimensionless parameters $K_{LR}$ =Re/√Ro and Rossby number Ro= $w_{m}$/$\Omega$d in a rotating strait duct were used as a set corresponding to Dean number $K_{LC}$ =Re/√λand curvature ratio λ=R/d in a stationary curved duct. Under the condition that the value of Rossby number and curvature ratio was large enough, the flow field satisfied the ‘asymptotic invariance property’: there were strong quantitative similarities between the two flows such as friction factors, flow patterns, and maximum axial velocity magnitudes for the same values of $K_{LR}$ and $K_{LC}$ .
This paper treats an adaptive finite-element method for the viscous compressible flow governed by Navier-Stokes equations in two dimensions. The numerical algorithm is the two-step Taylor-Galerkin mettled using unstructured triangular grids. To increase accuracy and stability, combined moving node method and grid refinement method have been used for grid adaption. Validation of the present algorithm has been made by comparing the present computational results with the existing experimental data and other numerical solutions. Four benchmark problems are solved for demonstration of the present numerical approach. They include a subsonic flow over a flat plate, the Carter flat plate problem, a laminar shock-boundary layer interaction. and finally a laminar flow around NACA0012 airfoil at zero angle of attack and free stream Mach number of 0.85. The results indicates that the present adaptive triangular grid method is accurate and useful for laminar viscous flow calculations.
The experimental study on flow characteristic in various laminar coflow diffusion flame has been conducted with a particular focus on the buoyancy force exerted from gaseous hydrocarbon fuels. Methane ($CH_4$), Ethylene ($C_2H_4$) and n-Butane ($C_4H_{10}$) were used as fuels. Coflow burner and Schlieren technique were used to observe the fuel flow field near nozzle exit and flow characteristics in flames. The result showed that the vortices in n-Butane with density heavier than air were appeared near the nozzle exit with the strong negative buoyancy on the fuel stream. As Reynolds number increases by the control of velocity, the vortices were greater and the vortices tips were moved up from the nozzle exit. In addition, it can be found that the heated nozzle can affect to the flow fields of fuel stream near the nozzle exit.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.6
no.3
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pp.218-226
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1994
Laminar flow and heat transfer in a channel with blockages are obtained numerically in a Reynolds-number range of $100{\leq}Re{\leq}400$. A boundary-fitted curvilinear coordinate system is generated for irregular boundary of the physical region, and solutions of Navier-Stokes equation and energy equation are obtained by finite analytic method in the transformed computational domain. The flow separates in downstream of the blockage and the length of separated-flow region increases with Reynolds number. The heat flux is high on the top of the blockages and increase in the heat transfer occurs where the fluid reattaches the wall. Comparison between computed streamlines and experimental flow-visualization is also presented and discussed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.4
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pp.101-109
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1993
On the basis of Nikuradse laboratory experiments. two transition flow regimes are defined with respect to the characteristics of boundary layer. One is the transitional turbulent flow which has a transitional characteristics between smooth turbulent flow and rough turbulent flow, and the other may be called as transitional laminar flow which has transitional features between laminar flow and turbulent flow. The laboratory results of Nikuradse are carefully re-examined, and the flow regions are clearly defined. The velocity profile of the transitional turbulent flow is described by newly formulated equation, and the Darcy-Weisbach friction coefficient for the transitional turbulent flow is determined based on the theoretical form of profile equation, which is far better accurate than Colebrook-White equation. Difficulties still arise for the description of velocity profile when the flow undergoes from laminar to turbulent. In this case a linear interpolation procedure is proposed for the estimation of friction coefficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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