Vapor explosions can be classified in terms of modes of contact between the hot molten fuel and the coolant, since different contact modes may affect fuel-coolant mixing and subsequent vapor explosion energetics. It is generally accepted that most vapor explosion phenomena fall into three different modes of contact; fuel pouring into coolant, coolant injection into fuel and stratified fuel-coolant layers. In this study, we review previous stratified steam explosion experiments as well as recent experiments performed at the KTH in Sweden. While experiments with prototypic reactor materials are minimal, we do note that generally the energetics is limited for the stratified mode of contact. When the fuel mass involved in a steam explosion in a stratified geometry is compared to a pool geometry based on geometrical aspects, one can conclude that there is a very limited set of conditions (when melt jet diameter is small) under which a steam explosion is more energetic in a stratified geometry. However, under these limited conditions the absolute energetic explosion output would still be small because the total fuel mass involved would be limited.
A study to investigate the influence of combustion chamber shape, especially piston top face configuration, on the combustion stability is presented with CFD analysis and single cylinder GDI engine test. Initial configuration of the piston bowl was designed with CFD analysis and further parametric studies of the design factors on the piston top face were carried out through the single cylinder GDI engine test. It was found that both the geometry of piston top face and the compression ratio have great influences on the combustion stability. Of interest is that the design factors of the GDI piston to prevent mixture diffusion out of the piston bowl have important roles for the stable combustion at the stratified mixture condition. Also the relationship between spray impingement and flow pattern in a GDI piston bowl should be considered to design an optimal bowl configuration for stable stratified combustion.
The R-134a flow distribution is experimentally studied for a heat exchanger composed of round headers and 10 flat tubes. The effects of tube protrusion depth as well as mass flux, and quality are investigated, and the results are compared with the previous air-water results. The flow at the header inlet is stratified. For the downward flow configuration, the liquid distribution improves as the protrusion depth or the mass flux increases, or the quality decreases. For the upward configuration, the liquid distribution improves as the mass flux or quality decreases. The protrusion depth has minimal effect. For the downward configuration. the effect of quality on liquid distribution is significantly affected by the flow regime at the header inlet. For the stratified inlet flow, the liquid is forced to rear part of the header as the quality decreases. However, for the annular inlet flow, the liquid was forced to the frontal part of the header as the quality decreased. For the upward flow, the effect of the mass flux or quality on liquid distribution of the stratified inlet flow is opposite to that of the annular inlet flow. The high gas velocity of the annular flow may be responsible for the trend. Generally, the liquid distribution of the stratified inlet flow is better than that of the annular inlet flow. Possible explanation is provided from the flow visualization results.
The paper concentrates on an experimental study of the pressure drop in double-layered packed beds formed by glass spheres, having the configuration of horizontal and vertical stratification. Both single-phase and two-phase flow tests are performed. The pressure drop during the test is recorded and the measured data are compared with those of homogeneous beds consisting of mono-size particles. The results show that for the horizontally stratified bed with fine particles atop coarse particles, the pressure drop in top layer is found higher than those of homogenous bed consisting of the same smaller size particles, while the measured pressure drop of bottom part is similar with those of similar homogenous bed. But for the homologous bed with upside-down structure, the stratification has little or no effect on the pressure drop of the horizontally stratified bed, and the pressure drop of each layer is almost same as that of homogeneous bed packed with corresponding spheres. Additionally, in vertically stratified bed, the pressure drops on the left and right side is almost equal and between those in homogeneous beds. It is speculated that vertically stratified structure may lead to lateral flow which redistributes the flow rate in different parts of packed bed.
An analytical study is made of transient adjustment process of an initially stationary, stably-stratified fluid in a square. The boundary walls are highly-conducting. The overall Rayleigh number $R_a$ is large. Considerations are given to both opposing (${\delta}w/{\delta}T>0$) and cooperating (${\delta}w/{\delta}T<0$) configurations. The flow character in opposing configuration can be classified into (a) a forced-convection dominaut mode (${\delta}w/{\delta}T>1/\sqrt{2}$), (b) a buoyancy-convection dominant mode ($0<{\delta}w/{\delta}T<1/\sqrt{2}$), and (c) a static mode (${\delta}w/{\delta}T{\cong}1/\sqrt{2}$). Global evolutionary processes are depicted. and physical rationalizations are provided.
The main objective of this study is to investigate experimentally the two-phase flow characteristics in terms of the direct contact condensation of a steam-water stratified flow in a horizontal rectangular channel. Experiments were performed for both air-water and steam-water flows with a cocurrent flow configuration. This work presents the local temperature and velocity distributions in a water layer as well as the interfacial characteristics of both condensing and noncondensing fluid flows. The gas superficial velocity varied from 1.2 m/s to 2.0 m/s for air and from 1.2 m/s to 2.8 m/s for steam under a fixed inlet water superficial velocity of 0.025 m/s. Some advanced measurement methods have been applied to measure the local characteristics of the water layer thickness, temperature, and velocity fields in a horizontal stratified flow. The instantaneous velocity and temperature fields inside the water layer were measured using laser-induced fluorescence and particle image velocimetry, respectively. In addition, the water layer thickness was measured through an ultrasonic method.
The present study was investigated combustion characteristics of methane-air mixtures at stratified charge in a constant volume combustion chamber. The main results obtained from this study can be summarized as follows. In case of ${\phi}_s=1.0$, total burning times greatly affected rather than initial time of pressure increase and maximum combustion pressure. In case of ${\phi}_t=1.0$, initial time of pressure increase and total burning times were affected considerably in comparison with the case of ${\phi}_s=1.0$. Also, even the very lean mixture which total equivalence ratio is ${\phi}_t=0.69$(${\phi}_s=1.0$, ${\phi}_m=0.65$), by changing configuration of the critical passage-hole and using a stratified mixture, it is possible to decrease substantially the initial time of pressure increase. total burning times and NOx concentration without deteriorating combustion characteristics such as maximum combustion pressure, rate of heat release etc. in comparison with the use of single chamber(in case of ${\phi}=1.0$) only. Specifically, our trends were revealed remarkably in the case of Type D which is reduced a flame contact area of sub-chamber side of the passage-hole.
In order to understand the configuration of magnetic field producing a solar penumbral microjet that was recently discovered by Hinode, we performed a magnetohydrodynamic simulation reproducing a dynamic process of how that configuration is formed in a modeled solar penumbral region. A horizontal magnetic flux tube representing a penumbral filament is placed in a stratified atmosphere containing the background magnetic field that is directed in a relatively vertical direction. Between the flux tube and the background field there forms the intermediate region in which the magnetic field has a transitional configuration, and the simulation shows that in the intermediate region magnetic reconnection occurs to produce a clear jet- like structure as suggested by observations. The result that a continuous distribution of magnetic field in three-dimensional space gives birth to the intermediate region producing a jet presents a new view about the mechanism of a penumbral microjet, compared to a simplistic view that two field lines, one of which represents a penumbral filament and the other the background field, interact together to produce a jet. We also discuss the role of the intermediate region in protecting the structure of a penumbral filament subject to microjets.
The Blow-off characteristics of LPG/air lean pre-mixed flames were experimentally investigated using a double and a multiple concentric coflow burners. Experiments were conducted to understand the effects of recirculation motion, thermal interaction between flames, and stratified flame configuration. Here, the stratified premixed flame is a "new concept" of a flame that sequentially contains fuel rich, stoichiometric, and fuel lean reaction zones in a flame. The blow-off from a lean premixed flame was significantly suppressed with recirculation motion. The recirculation motion by itself, however, was not sufficient to prevent the blow-off when the equivalence ratio became low. The existence of a inner premixed flame could also help to prevent the blow-off of lean premixed flame; however, the blow-off suppression effect was rather diminished by weakened recirculation motion with the presence of inner flame. The inner flame could be separated from an outer flame on a multiple concentric coflow burner, causing recirculation motion as well as thermal interaction between flames to become effective; therefore, the blow-off was further suppressed. The lean premixed flame could be stabilized with a fuel rich premixed flames that was produced with the supply of fuel through an inner nozzle. The penetration of lean premixed gas from outside into the fuel stream produced a lifted rich premixed flame. Chemiluminescence images of OH, CH, and $C_2$ radicals confirmed the structure of a stratified premixed flame. The stable premixed flames could be obtained at the very fuel lean condition by applying the stratified premixed flame concept.
본 연구의 주목적은 (1) 전극의 모양, 크기 및 재질, (2) 유동형태, 그리고 (3) 유전경계 (dielectric boundray)에 대한 전극의 상대적 위치 등이 캐패시턴스변환기를 이용한 기포율 측정과 유동영역 결정에 어떠한 영향을 미치는가를 연구하는 데에 있다. 실험 결과로부터 정적인 상태하에서 annular flow와 층류계 (stratified flow system)에 대하여, 측정한 상대 캐패시턴스(relative capacitance)와 기포율과의 상관 관계를 구하였다. 그리고, 이 결과를 이론적 예측치와 비교하였다. 이 연구 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다. 즉 (1) annular flow와 stratified flow의 경우 모두 strip-type의 전극이 ring-type의 전극보다 더 민감하다. (2) 전극의 크기는 상대적 캐패시턴스 대 (1-$\alpha$)곡선에 아무런 영창을 미치지 않는다. (3)전극의 위치는 stratified flow에 대해서는 중요하나 annular flow에 대해서는 아무런 영향이 없다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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