Numerical solutions for spin-up problem of a thermally stratified fluid in a cylinder with an insulating sidewall and time-dependent rotation rate are presented. Detailed results are given for aspect ratio of O(1), fixed Ekman number $10-^{4}$, Rossby number 0.05 and Prandtl number O(1). Angular velocity of a cylinder wall changes with following formula, $\Omega_f=\Omega_i+\Delta\Omega[1-\exp(-t/t_c)]$. Here, this $t_c$, value, which is very significant in present study, represents that how fast/slow the angular velocity of the cylinder wall reaches final angular velocity. The normalized azimuthal velocity and meridional flow plots for several tc value which cover ranges of the stratification parameter S(1 ~ 10) are presented. The role of viscous-diffusion and Coriolis term in present study is examined by diagnostic analysis of the azimuthal velocity equation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.6
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pp.750-756
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1985
Experimental investigation was carried out to study the natural convection of water and silicon oil due to end temperature differences in a horizontally insulated rectangular enclosure of aspect ratio 0.1 with a special attention on the core configuration in the laminar boundary-layer flow regime. Rayleigh number ranges covered herein are Ra=4.40 * 10$^{6}$ -9.64 * 10$^{7}$ for water and Ra=1.69*10$^{5}$ -3.80*10$^{6}$ for silicon oil, respectively. In the case of water, for Ra.geq.2.21 * 10$^{7}$ there appeared distinct horizontal thermal layers adjacent to the horizontal boundaries in the core and the temperature distribution outside the horizontal thermal layers, i.e., in the mid-core region, is vertically stratified. The core flow pattern was shown to be nonparallel with a weak back flow in the mid-core for Ra.geq.3.63 *10$^{7}$ . In the case of silicon oil, distinct horizontal thermal layers appeared along the core horizontal boundaries for Ra.geq.1.27 * 10$^{6}$ with a stratified temperature distribution in the mid-core, but the core flow pattern in this case was shown to be parallel. In addition, secondary flow appeared near the hot wall for Ra.geq.3.80 * 10$^{6}$ . Nusselt number, Nu, was found to be proportional to R $a^{0.3}$ for water and R $a^{0.28}$ for silicon oil in the boundary-layer flow regime. There also in an indication from the comparison with other results that Nu is independent of aspect ratio for water in the boundary-layer flow regime in low aspect ratio enclosures.res.
Seo, Young Min;Choi, Changyoung;Ha, Man Yeong;Park, Sang Hu
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.12
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pp.975-982
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2014
This study evaluates the effect of a heated circular cylinder's size on three-dimensional natural convection in a cubical enclosure. The Rayleigh number was varied between $10^3$ and $10^5$, and the Prandtl number was maintained at 0.7. In this study, the radius of the circular cylinder was changed by 0.1 L within a range of 0.1-0.4 L. The thermal and fluid flow characteristics were regarded to be independent of time in the range of the Rayleigh number and cylinder radius considered in this study. The surface-averaged Nusselt numbers of the cylinder and the enclosure were found to increase with the increase in the radius of the cylinder. The effect of the cylinder's size on natural convection in the enclosure was analyzed across the thermal and flow fields, and the distributions of the Nusselt numbers.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.15
no.2
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pp.64-72
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1991
The unsteady, two-dimensional laminar flow and heat transfer of an incompressible, constant-property fluid flowing around a circular cylinder are numerically analyzed. The Navier-Strokes equation and the energy equation are solved by the finite difference method. The range of the Reynolds number is 10 to 100 and the Prandtl number considered is 0.7. The contours of the flow pattern, equi-vorticity line and isotherm pattern around a circular cylinder are shown. Also, numerical solutions of the surface vorticity, pressure coefficient, drag coefficient, local Nusselt number and mean Nusselt number are obtained. The numerical results for the final time fo calculation are compared with the other available experimental and theoretical results for the steady state and are found to be in good agreement with them.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.14
no.3
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pp.231-239
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2002
Experiments on the single phase cooling heat transfer and pressure drop with microfin tubes were performed using water as a test fluid. Experimental data were obtained in the range of Reynolds number 3000 ~40000 and Prandtl number 4-6. The data of microfin tubes presented the characteristics of rough surface tube in pressure drop and heat transfer Experimental data were compared with the heat transfer and friction factor correlations of smooth tubes. Heat transfer enhancements of microfin tubes were lower than pressure drop penalty factors. The helix angle is more significant parameter in both of the pressure drop and heat transfer than the relative roughness. The correlations of Nusselt number and friction factor were suggested for the tested microfin tubes. Maximum deviations between correlations and experimental data were within $\pm15$% for Nusselt number and $\pm10$% for friction factor.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.12
no.7
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pp.667-673
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2000
In order to understand the laminar flow heat transfer enhancement by the swirl flow, the effects of heat transfer in a circular pipe with a twisted tape insert were investigated experimentally. In the present study, the uniform heat flux condition was considered. The laminar heat transfer correlations were developed using the least-square-fit from the surface temperature distribution of an electrically-heated pipe and flow property data. Average Nusselt number correlations with the twisted tape insert were expressed as a function of swirl parameter, Reynolds number and Prandtl number. In the case of the twisted ratio y = 6.05, the mean Nusselt number increased approximately 500% and the friction factor increased approximately 300%, compared to the case of the empty pipe, respectively.
A numerical study of unsteady mixed convection in a cavity with high viscous fluid is presented. Finite volume method was employed for the discretization and PISO algorithm was used for calculating pressure term. The parameters governing the problem are the Rayleigh number ($10^3\;{\leq}\;Ra\;{\leq}\;10^5$), the Reynolds number (0 < Re $\leq$ 1), and the aspect ratio (0.5 $\leq$ AR $\leq$ 2). The fluid used is silicon oil, a high prandtl number fluid, Pr = 909.1. The results show velocity vectors and temperature distributions. It is found that the periodic flows in a cavity are observed at very low Reynolds numbers, and the period of periodic flow decreases with increasing Reynolds and Rayleigh numbers, and increases with increasing aspect ratio. Also, the Reynolds number range of periodic flow increases with increasing Rayleigh numbers and aspect ratio.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.4
no.3
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pp.155-162
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1992
Theoritical Study is performed on heat transfer and fluid flow induced by square-ribbed roughness elements in a concentric annulus. The fluid properties were assumed to be constant, and the radius($r_m$) of the maximum speed point was found by using the principle of equation of Leung and Labib. The Nusselt number and friction factor as a function of the Reynolds number($R_e=10^4$, $5{\times}10^4$, $7{\times}10^4$, $10^5$) in artifical roughness $S/{\epsilon}=5,10,20,30$, $P/{\epsilon}=2,5,8$ and prandtl number = 0.72 have been discussed. In this study, it has been found that the Nusselt number and friction factor of rough wall are larger than those of smooth ones.
The basic purpose of the current study is to compute the numerical analysis of heat source/sink for Darcy-Forchheimer three dimensional nanofluid flow with gyrotactic microorganism by rotatable disk via porous media under the slip conditions. Due to nanoparticles, random and thermophoretic motion phenomenon occurs. The governing mathematical model is handled numerically by shooting method. Additionally, the characteristics of velocities, mass, heat, motile microorganisms and associated parameters are thoroughly analyzed via plots and tables. Different physical parameters like Forchheimer number, slip parameters like velocity, porosity parameter, Prandtl number, Brownian number, thermophoresis parameter, heat sink/source parameter, bioconvected Rayleigh number, buoyancy parameteron dimensionless velocities, temperature. Approximate values of Sherwood microorganism are analyzed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.7
no.3
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pp.278-285
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1983
The momentum transfer in axisymmetric turbulent boundary layer over a rotating cone submerged in a free stream was studied by experiments and numerical analysis. In numerical analysis the velocity profiles were calculated by finite difference method using Prandtl mixing length concept, and the results were compared with experimental results. The agreement was good. By the numerical analysis the wall fircition coefficient was increased as the Reynolds number increased when the rotational speed is large, but the wall friction coefficient was decreased as the rotational speed increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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