Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.5
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pp.1150-1157
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1988
Two-dimensional turbulent plane jet which is under the pressure gradient in the transverse direction is studied numerically. Full Navier-Stokes equations are used to correctly account for the pressure variation in the transverse direction. Using the standard k-.epsilon. turbulence model as a closure relationship, a time marching procedure gives the velocity field. The temperature fields are obtained for two different cases : (1) Hot jet is issued into the cold still air, and (2) Hot jet is issued into the surrounding across which exists a temperature difference. The velocity and temperature fields along with other flow and heat-transfer characteristics for two different pressure gradients are presented. A simple formula that relates the jet trajectory to the pressure gradient is also proposed. The mass flux in the longitudinal direction and the jet halfwidth seem insensitive to the pressure gradient. However, the pressure gradient increases the heat flux in the longitudinal direction as well as in the transverse direction.
This study assessed the performance of a compact heat exchanger with staggered tube banks for recuperation of high temperature exhaust thermal energy for SOFC fuel cell system. The compact heat exchanger in this study is two pass system which consists of $315{\times}202.5{\times}48.5mm^3$ and 132 tubes of $6.0mm{\Phi}$ for each heat exchanger. From experiments of the 2 pass heat exchanger system, air temperature was increased from $60{\sim}85^{\circ}C$ to $402{\sim}482^{\circ}C$ while gas temperature was decreased from $600^{\circ}C$ to $305{\sim}402^{\circ}C$ according to mass flow rates of 3.9~7.8 g/s. The experimental heat transfer rates of the heat exchanger were compared with CFD numerical solutions with the conventional ${\xi}-NTU$ method. From the comparisons, the following conclusions were obtained. For the heat exchanger system, the relative errors of heat transfer rate by CFD solution were from 7.1 to 27%, and those by ${\xi}-NTU$ method were from 0.6% to 21% compared with experimental data. From the comparisons, it can be said that both of CFD and ${\xi}-NTU$ method almost simulated to experimental data except specific conditions. Pressure drops through air tubes and gas passages were calculated with both of the CFD computation and head loss equations. The differences between them were from 14 to 22%.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.12
no.1
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pp.50-58
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2000
Experiments were carried out to obtain the effects of nozzle configuration and jet to jet spacing on the heat transfer characteristics of single line of circular water jets impinging on a constant heat flux plane surface. The nozzle configurations are Cone type, Reverse cone type and Vertical circular type, and the nozzle arrays are single jet(nozzle dia. 8 mm), 1 row of 3 jets and 1 row of 5 jets. Jet velocities ranging from 3m/s to 8m/s were investigated for the nozzle to target plate spacing of 80 mm. For the Cone and Reverse cone type nozzle arrays, the average Nusselt number of 1 row of 5 jets was larger than that of 1 row of 3 jets at Re$_{D}$<45000, but that of 1 row of 3 jets was larger than that of 1 row of 5 jets at $Reo\le45000$. For the Vertical circular type nozzle, however, the average Nusselt number of 1 row of 3 jets was larger than that of 1 row of 5 jets at all jet velocities. In the condition of fixed mass flow rates, the maximum heat transfer augmentation was obtained for 1 row of 5 jets and was over 2 times larger than that of the single jet for all nozzle configurations. The nozzle configurations that produce the maximum average Nusselt number are as follows: For 1 row of 3 jets, the Vertical circular type at $Reo\le45000$ and the Reverse cone type at $Reo\le45000$. But, they are the Reverse cone type at Re$_{D}$<55000 and the Vertical circular type at$Reo\le55000$ for 1 row of 5 jets.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.12
no.1
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pp.59-66
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2000
In a previous paper, we have examined the effects of nozzle configuration and jet to jet spacing on the heat transfer of 1 row of circular water jets. In this paper, experiments have been conducted to obtain the effects of nozzle to target plate distances on the heat transfer of 1 row of 3 jets and 1 row of 5 jets. The nozzle configurations are Cone type, Reverse cone type and Vertical circular type. Nozzle to target plate distance H was varied from 16 mm(H/D=2) to 80mm(H/D=10). For fixed value of mass flow rate and nozzle to target plate distance, larger values of average Nusselt number were obtained for the smaller jet to jet spacing. For the array of water jets, the average heat transfer was decreased slightly with increasing nozzle to target plate distance at low jet velocity of $\textrm{V}_{o}$=3 m/s. However, except for $\textrm{V}_{o}$=8 m/s of 1 row of 5 jets, it was increased with increasing nozzle to target plate distance at high jet velocity of $\textrm{V}_{o}$$\geq$6m/s. We proposed to apply the nozzle configuration of maximum average heat transfer to each nozzle to target plate distance for 1 row of 3 jets, and, it was Reverse cone type nozzle for 1 row of 5 jets(Reynolds number$\geq$36000).
Moshari, Shahab;Nikseresht, Amir Hossein;Mehryar, Reza
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.219-235
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2014
With the development of the technology of underwater moving bodies, the need for developing the knowledge of surface effect interaction of free surface and underwater moving bodies is increased. Hence, the two-phase flow is a subject which is interesting for many researchers all around the world. In this paper, the non-linear free surface deformations which occur during the water-exit of a circular cylinder due to its buoyancy are solved using finite volume discretization based code, and using Volume of Fluid (VOF) scheme for solving two phase flow. Dynamic mesh model is used to simulate dynamic motion of the cylinder. In addition, the effect of cylinder mass in presence of an external force is studied. Moreover, the oblique exit and entry of a circular cylinder with two exit angles is simulated. At last, water-exit of a circular cylinder in six degrees of freedom is simulated in 3D using parallel processing. The simulation errors of present work (using VOF method) for maximum velocity and height of a circular cylinder are less than the corresponding errors of level set method reported by previous researchers. Oblique exit shows interesting results; formation of waves caused by exit of the cylinder, wave motion in horizontal direction and the air trapped between the waves are observable. In 3D simulation the visualization of water motion on the top surface of the cylinder and the free surface breaking on the front and back faces of the 3D cylinder at the exit phase are observed which cannot be seen in 2D simulation. Comparing the results, 3D simulation shows better agreement with experimental data, specially in the maximum height position of the cylinder.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.7
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pp.539-546
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2013
Surge phenomenon can be occurred in a compressor when compressor performance of turbofan engine for an aircraft is changed considerably in a short time on the cases like take-off phase and changing of RPM from idle to maximum, because performance of aircraft engine is changed suddenly. This study is aimed to avoid surge in a compressor. Dynamic simulation in a compressor is modeled by simulink in specific condition. Fuel flow is control input, rpm and air mass flow are expressed in terms of transfer function. Surge margin is obtained by using compressor performance map from NPSS. VIGV(Variable Inlet Guide Vane) is controlled by PD controller with difference between surge margin and reference. Finally this paper verifies IGV can prevent surge phenomenon in a compressor.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.2
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pp.260-267
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2016
The design process of blended inlet body (BIB) for the preliminary design of a near-space high supersonic unmanned aerial vehicle (HSUAV) is presented. The mass flow rate and cowl area of inlet at a design point are obtained according to the cruise condition of the HSUAV. A mixed-compression axisymmetric supersonic inlet section with a fixed geometry reasonably matching the high supersonic cruise state is created by using the inviscid theory of aerodynamics. The inlet section is optimized and used as a baseline section for the BIB design. Three BIB concepts for the HSUAV are proposed, and their internal aerodynamic characteristics of inlet are evaluated using Euler computational fluid dynamics (Euler CFD) solver. The preferred concept is identified, in which the straight leading edge of the baseline HSUAV configuration is modified into the convex leading edge to accommodate the inlet and meet the requirements of the cowl area to capture the sufficient air flow. The total recovery of inlet for the preferred BIB concept and the aerodynamic characteristics of the modified HSUAV configuration are verified using Navier-Stokes computational fluid dynamics (NS CFD) solver. The validation indicates that the preferred BIB concept can meet both the requirements of the inlet and aerodynamic performance of the HSUAV.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.2
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pp.39-45
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2016
In a coaxial porous injector, a gas propellant is injected through the porous cylinder surface to the liquid jet which is encircled by a porous cylinder. In this study, to observe the differences in disintegration mechanisms between a shear coaxial injector and a coaxial porous injector, cold-flow tests and 2-D axisymmetric numerical analysis have been carried out. The shadowgraph images and Sauter mean diameters were compared in similar experimental conditions, and the effects of velocity distributions at the inner injector region on the disintegration of liquid jet were investigated through the numerical calculations. As a result, in high air mass flow rate condition, the disintegration performance of coaxial porous injector is better than shear coaxial injector, in spite of a lower velocity at the inner injector region.
Solids flow characteristics have been determined in a pressurized solids recycle systems of silica sand particles for the application in a pressurized CFB(PCFB). The solids recycle system is composed of a downcomer(0.10 m i.d. 2.25 m high) and a loop-seal(0.10 m i.d.). The silica sand($d_p=240{\mu}m$, ${\rho}_s=2582kg/m^3$) particles were transported at room temperature and system pressure($P_{sys}$) up to 0.71 MPa using air. Solids mass flux($G_s$) increases with increasing system pressure at constant aeration rate. Pressure gradient, solids velocity and actual gas velocity increase with increasing $P_{sys}$ at constant aeration rate. The Pressure drop number($\Phi$) on pressure gradient in downcomer has been correlated with Transportation number(Tr). Pressure drop across the loop-seal increases with increasing of $G_s$ irrespective of variation of $P_{sys}$. The obtained $G_s$ and Transportation number(Tr) have been correlated with the experimental variables.
Kim, Eunho;Jung, Woo Hyun;Park, Jin Ho;Park, Hyun Sun;Moriyama, Kiyofumi
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.2
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pp.457-469
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2016
During the late phase of severe accidents of light water reactors, a porous debris bed is expected to develop on the bottom of the flooded reactor cavity after breakup of the melt in water. The geometrical configuration, i.e., internal and external characteristics, of the debris bed is significant for the adequate assessment of the coolability of the relocated corium. The internal structure of a debris bed was investigated experimentally using the DAVINCI (Debris bed research Apparatus for Validation of the bubble-Induced Natural Convection effect Issue) test facility. Particle sedimentation under the influence of a two-phase natural convection flow due to the decay heat in the debris bed was simulated by dropping various sizes of particles into a water vessel with air bubble injection from the bottom. Settled particles were collected and sieved to obtain the particle mass, size distribution in the radial and axial positions, and the bed porosity and permeability. The experimental results showed that the center part of the particle bed tended to have larger particles than the peripheral area. For the axial distribution, the lower layer had a higher fraction of larger particles. As the sedimentation progressed, the size distribution in the upper layers can shift to larger sizes because of the higher vapor generation rate and stronger flow intensity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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