Numerical modeling is carried out to investigate forced convective heat transfer to near-critical water in developing laminar flow through a circular tube. Due to large variations of thermo-physical properties such as density, specific heat, viscosity, and thermal conductivity near thermodynamic critical point, heat transfer characteristics show quite different behavior compared with pure forced convection. With flow acceleration along the tube unusual behavior of heat transfer coefficient and friction factor occurs when the fluid enthalpy passes through pseudocritical point of pressure in the tube. There is also a transition behavior from liquid-like phase to gas-like phase in the developing region. Numerical results with constant heat flux boundary conditions are obtained for reduced pressures from 1.09 to 1.99. Graphical results for velocity, temperature, and heat transfer coefficient with Stanton number are presented and analyzed.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제13권4호
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pp.206-216
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2005
Numerical analysis has been carried out to investigate laminar convective heat transfer at zero gravity in a tube for supercritical water near the thermodynamic critical point. Fluid flow and heat transfer are strongly coupled due to large variation of thermodynamic and transport properties such as density, specific heat, viscosity, and thermal conductivity near the critical point. Heat transfer characteristics in the developing region of the tube show transition behavior between liquid-like and gas-like phases with a peak in heat transfer coefficient distribution near the pseudo critical point. The peak of the heat transfer coefficient depends on pressure and wall heat flux rather than inlet temperature and Reynolds number. Results of the modeling provide convective heat transfer characteristics including velocity vectors, temperature, and the properties as well as the heat transfer coefficient. The effect of proximity on the critical point is considered and a heat transfer correlation is suggested for the peak of Nusselt number in the tube.
Plant biomass has been proposed to be an alternative source for petroleum-based chemical compounds. Especially, phenolic chemical compounds can be obtained from lignin by chemical depolymerization processes because lignin consists of complex aromatic polymer such as trans-p-coumaryl, coniferyl and sinapyl alcohols, etc. Phenolic chemical compounds from lignin were usually produced in super critical water. However, we applied Near-critical water (NCW) system because NCW is known as a good solvent for lignin depolymerization. Organic matter like lignin can be solved in NCW system and the system has a unique acid-base property without conventional non-eco-friendly chemicals such as sulfuric acid and sodium hydroxide. In this work, we tried to optimize the NCW depolymerization system by adjusting the processing variables such as reaction time, temperature and pressure. Moreover, the amount of additional phenol was optimized by changing the molar ratio between water and phenol. Phenol was used as capping agent to prevent re-polymerization of active fragment such as formaldehyde. Alkali-lignin was used as a starting material and characterized by a Solid State 13C-NMR, FT-IR and EA (Elemental Analysis). GC-MS analysis confirmed that o-cresol, p-cresol, anisole and 4-hydroxyphathalic acid were the main product and they were quantitatively analyzed by HPLC.
Numerical analysis has been carried out to investigate laminar convective heat transfer in a tube for supercritical water near the thermodynamic critical point. Fluid flow and heat transfer are strongly coupled due to large variations of thermodynamic and transport properties such as density, specific heat, viscosity, and thermal conductivity near the critical point. Heat transfer characteristics in the developing region of the tube show transition behavior between liquid-like and gas-like phases with a peak in heat transfer coefficient distribution near the pseudocritical point. The peak of the heat transfer coefficient depends on pressure and wall heat flux rather than inlet temperature and Reynolds number, Results of the modeling provide convective heat transfer characteristics including velocity vectors, temperature, and the properties as well as the heat transfer coefficient. The effect of proximity to the critical point is considered and a heat transfer correlation is suggested for the peak of Nusselt number in the tube.
Numerical analysis has been carried out to investigate transient turbulent convective heat transfer in a vertical tube for supercritical water near the thermodynamic critical point. Heat transfer and fluid flow in the tube we strongly coupled due to the large variations of thermodynamic and transport properties such as density, specific heat, and turbulent viscosity. As pressure in the tube approaches to the critical pressure, the properties variation with time becomes larger. Heat transfer coefficient rapidly decreases along the tube near the pseudocritical temperature at the tube wall for $P_R<1.2$. Stanton number variation with time is largely reduced in the region of gas-like phase in comparison with Nusselt number. Turbulent viscosity ratio close to the wall increases near the pseudocritical temperature and it gradually decreases with time.
An experimental study on heat transfer characteristics near the critical pressure has been performed with an internally-heated vertical annular channel cooled by R-134a fluid. Two series of tests have been completed: (a) steady-state critical heat flux (CHF) and (b) heat transfer tests for pressure reduction transients through the critical pressure. In the present experimental range, the steady-state CHF decreases with the increase of the system pressure For a fixed inlet mass flux and subcooling, the CHF falls sharply at about 3.8 MPa and shows a trend toward converging to zero as the pressure approaches the critical point of 4.059 MPa. The CHF phenomenon near the critical pressure does not lead to an abrupt temperature rise of the heated wall because the CHF occurred at remarkably low power levels. In the pressure reduction transient experiments, as soon as the pressure passed through the critical pressure, the wall temperatures rise rapidly up to a very high value due to the occurrence of the departure from nucleate boiling. The wall temperature reaches a maximum at the saturation point of the outlet temperature, then tends to decrease gradually.
An experimental study of heat transfer characteristics near the critical pressure has been performed with an internally-heated vertical annular channel cooled by R-134a fluid. Two series of tests have been completed: (a) steady-state critical heat flux (CHF) tests, and (b) heat transfer tests for pressure reduction transients through the critical pressure. In the present experimental range, the steady-state CHF decreases with increase of the system pressure for fixed inlet mass flux and subcooling. The CHF falls sharply at about 3.8 MPa and shows a trend towards converging to zero as the pressure approaches the critical point of 4.059 MPa. The CHF phenomenon near the critical pressure does not lead to an abrupt temperature rise of the heated wall, because the CHF occurs at remarkably low power levels. In the pressure reduction transients, as soon as the pressure passes below the critical pressure from the supercritical pressure, the wall temperatures rise rapidly up to very high values due to the departure from nucleate boiling. The wall temperature reaches a maximum at the saturation point of the outlet temperature, and then tends to decrease gradually.
수평 덕트 내 임계점부근의 유체 유동 및 열전달특성은 중력과 함께 임계영역에서의 열역학 및 전달 물성치의 많은 변화와 직접적으로 연관되어 있다. 본 연구에서는 수평 직사각 덕트 내 임계점부근의 물에 대한 대류열전달특성을 전산해석을 통하여 분석하였다. 이를 통해 국부적인 열전달계수와 유속, 온도, 그리고 물성치분포를 포함한 대류열전달특성에 대해 임계점 근접효과와 함께 비교하였다. 벽으로부터의 열전달에 따른 유체 밀도감소로 덕트 내 유동방향으로의 유속증가와 함께 유체가 액체에서 기체 같은 상태로 천이하는 형태의 유동장특성을 보여준다. 덕트의 윗면, 옆면, 그리고 아래면 각각의 국부적인 열전달계수분포에 큰 차이가 있으며 준임계점 온도부근에서 난류전달특성의 향상으로 열전달계수의 최대치에 이르게 된다. Nu 수는 덕트 내 압력과 종횡비에 영향을 받으며 임계압에 가까워질수록 최대 Nu 수는 급격히 증가하게 된다. 이와 함께 기존의 열전달상관식을 통한 결과와 예측된 Nu 수 분포를 비교하였다.
Poly[bis(methoxyethoxyethoxy)phosphazene] : MEEP와 물로 구성된 두 종류 섞임체의 유전 상수를 임계온도 근처에서 측정하고 유전상수의 비정상성이 일어나는 온도와 농도를 사용하여 공존곡선을 얻었다. 공존곡선으로부터 얻어진 MEEP-물의 임계온도와 임계농도는 각각 $71^{\circ}C$, 5.5%이었다. 상전이 온도 근처에서 유전상수의 임계지수, $\theta$는 0.85였다. 유전상수의 주파수 의존도인 Maxwell-Wagnetr효과에 대해서 논의한다.
A two-layer incompressible time-accurate Euler solver is applied to analyze flow fields around a submerged body moving at a critical speed near a pycnocline. Discontinuities in the dependent variables across the material interface are captured without any dissipation or oscillation using the ghost fluid method on an unstructured grid. It is shown that the material interlace has significant effects on forces acting on a submerged body moving near a pycnocline regardless of the small difference in densities of two layers. Contrary to the shallow water waves, a submerged body can reach a critical speed at very low Froude number due to the small difference in the densities of the two layers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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