In order to develop better method to enhance and control the flow and heat transfer inside the radiator of electronic device, the synergistic effect of MHD nanofluids and porous medium on the flow and heat transfer in rectangular opened channel is simulated using Lattice Boltzmann method. Three nanofluids of CuO-water, Al2O3-water and Fe3O4-water are studied to analyze the influence of the type of nanofluid on the synergistic effect. The simulation results show that the porous medium can increase the flow velocity in fluid zone adjacent to the porous medium and enhance the heat transfer on the surface of the channel. Under no magnetic field, when the porosity of porous medium is 0.8, the Nusselt number is 4.46% higher than when the porosity is 0.9. Al2O3-water has the best heat transfer effect among the three nanofluids. At Ф=0.06, Ha=100, θ=90°, ε=0.9, Nu of Al2O3-water is 6.51% larger than that of CuO-water and 5.05% larger than that of Fe3O4-water. Magnetic field enhances seepage in porous medium and inhibits heat transfer in the bottom wall. When Ha=30 and 60, the inhibiting effect is the most significant as the magnetic field angle is 90°. And when Ha=100, the inhibiting effect is the most significant as the magnetic field angle is 120°.
Jehee Lee;Youngjae Park;Seong-Su Jeon;Ju-Yeop Park;Hyoung Kyu Cho
Nuclear Engineering and Technology
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제56권8호
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pp.3435-3449
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2024
Considering that system analysis codes are used for the evaluation of the performance of Passive Safety Systems (PSSs), it is important to investigate the capability of the system analysis code to reliably predict the heat transfer and natural circulation flow, which are the main phenomena governing the performance of a PSS. Since MARS-KS has been widely validated for heat transfer models, this study focuses on evaluating its capability to predict the single and two-phase pressure drops and natural circulation flow. The straight pipe simulation results indicate that the pressure drop predictions are reliable within ±5 % error margin for the single-phase flow and the errors of pressure drop up to - 30 % for the two-phase flow. Through single-phase natural circulation flow analysis, it is concluded that the use of the appropriate K-factor modeling based on the flow regimes is important since the natural circulation flow rate in MARS-KS is mainly affected by the form loss factor modeling. With two-phase natural circulation flow analysis, this study emphasizes the behavior of the system could change significantly depending on the two-phase wall friction and pressure loss modeling. With the analysis results, modeling considerations for the PSS performance evaluation with the system analysis codes are proposed.
In the present study, the detailed flow structure and heat transfer characteristics in the newly-designed heat transfer surface geometry were investigated. The surface geometry proposed in the present study is a traditional dimple structure combining with a protrusion inside the dimple, which is named a protrusion-in-dimple in this study. The basic idea underlying the present surface geometry is to enhance the flow mixing and the corresponding heat transfer in the flow re-circulating region generated by a conventional dimple cavity. The present study was performed by the direct numerical simulation at a Reynolds number of 2800 based on mean velocity and channel height and Prandtl number of 0.71. Three different protrusion heights for protrusion-in-dimples were considered as the main design parameter of the present study. The calculated pressure drop and heat transfer capacity were assessed in terms of the Fanning friction factor and Colburn j factor. The overall performances estimated in terms of the volume and area goodness factor for protrusion-in-dimple cases were higher than the conventional dimple case.
To improve safety analysis technology for a nuclear reactor containment considering an interaction between a reactor coolant system (RCS) and containment, this study aims at an experimental investigation on the integrated simulation of the RCS and containment, with an integral effect test facility, ATLAS-CUBE. For a realistic simulation of a pressure and temperature (P/T) transient, the containment simulation vessel was designed to preserve a volumetric scale equivalently to the RCS volume scale of ATLAS. Three test cases for a steam line break (SLB) transient were conducted with variation of the initial condition of the passive heat sink or the steam flow direction. The test results indicated a stratified behavior of the steam-gas mixture in the containment following a high-temperature steam injection in prior to the spray injection. The test case with a reduced heat transfer on the passive heat sink showed a faster increase of the P/T inside the containment. The effect of the steam flow direction was also investigated with respect to a multi-dimensional distribution of the local heat transfer on the passive heat sink. The integral effect test data obtained in this study will contribute to validating the evaluation methodology for mass and energy (M/E) and P/T transient of the containment.
Numerical simulation is conducted to clarify the heat transfer and fluid flow characteristics of brake shoe for freight car. High order up-wind scheme for governing equations, k-epsilon turbulent model and SIMPLEC algorithm based on finite volume method are used to solve the physical shoe model. The governing equations are solved by TDMA(Tri-Diagonal Matrix Algorithm) with line-by-line method and block correction. From the results of simulation, the characteristics of cooling pattern is strongly affected by the velocity of train and the material of shoe. The face lift of shoe affects on the temperature distribution of rear surface of shoe as well as the front surface of that. Due to the grooves in shoe, it will be expected to cool the frictional heat and result in the reduction of maintenance efforts.
Bak, Jeong-Gyu;Cho, Jinsoo;Lee, Seawook;Kang, Young Seok
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권1호
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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.
This paper deals with theoretical model developed for analyzing the heat transfer of automotive cooling systems. The model has a modular structure which links various cooling system submodels. From the model, heat transfer rate of automotive cooling systems can be predicted, providing useful information at the early stages of the design and development. The aim of the study is to develop a simulation program for automotive cooling system analysis and a performance analysis program for analyzing heat exchanger. Heat release rate from combustion gas to coolant through the cylinder wall in engine cylinder was analysed by using an engine cycle simulation program. In this paper, details of each submodel are described together with the overall structure of the vehicle model.
In order to develop a compact evaporator, experiments that show characteristics of evaporating heat transfer and pressure drop in the helically coiled minichannel were performed in our previous research. This study was focused on the performance analysis of helically coiled heat exchangers with circular minichannels with an inner diameter=1.0 mm. The working fluid was R-22, and the properties of R-22 were estimated using the REFPROP program. Numerical simulation was performed to compare results with the experimental results of the helically coiled heat exchanger. As the heat transfer rate and pressure drop were calculated at the micro segment of the branch channels, the performance of the evaporator was evaluated. The following conclusions were obtained through the numerical simulations of the helically coiled heat exchanger. It showed good performance when the flow rate of each branch channels was suitable to heat load of air-side. The numerical simulation value agreed with experimental results within ${\pm}15%$. In this study, a numerical simulation program was developed to estimate the performance of a helically coiled evaporator. And, an optimum helically coiled minichannels evaporator was designed.
본 연구에서는 도로터널 화재에 따른 열 전달 및 연기거동의 특성과 피난시뮬레이션에 대하여 수치적 연구를 수행하였다. 화재발생부분의 발열량은 30MW이며, 수치해석에 사용된 난류모델은 표준 $\kappa-\varepsilon$ 모델을 사용하였다. 도로터널에서 열기류 및 연기의 이동경로 형태를 예측하여 방재 및 피난 시스템을 구축하는데, 도로터널 설계 시에 유용한 자료로 이용될 수 있다.
A numerical simulation is performed for the cooling heat transfer of a heated cylindrical pedestal by an axisymmetric jet impingement. Based on the k- $\varepsilon$- f$\sub$${\mu}$/ model of Park et at., the linear and nonlinear stress-strain relations are extended. The Reynolds number based on the jet diameter(D) is fixed at Re$\sub$D/ = 23000. The local heat transfer coefficients are compared with available experimental data. The predictions by k- $\varepsilon$-f$\sub$${\mu}$/ model are in good agreement with the experiments, whereas the standard 7- f model does not properly resolve the flow structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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