Numerical analysis of a gaseous jet submerged in a liquid environment was carried out using the volume of fluid(VOF) method to simulate the kinematics of the gas-liquid interface. Two nozzle geometries were tested, one for Fanno tube and the other for converging diverging nozzle. Commercial code was used for the present calculation. Transient behavior of a gaseous jet since its start showed periodic nature of the jet, which was also observed in previous measurements.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.14
no.6
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pp.441-449
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2002
Single-phase convection and partial nucleate boiling in free-surface and submerged jet impingements of subcooled water ejected through a 2-mm-diameter circular pipe nozzle were investigated by local measurements. Effects of jet velocity and nozzle-to-imping-ing surface distance as well as heat flux on distributions of wall temperature and heat transfer coefficients were considered. Incipience of boiling began from far downstream in contrast with the cases of the planar water jets of high Reynolds numbers. Heat flux increase and velocity decrease reduced the temperature difference between stagnation and far downstream regions with the increasing influence of boiling in partial boiling regime. The chance in nozzle-to-impinging surface distance from H/d=1 to 12 had a significant effect on heat transfer around the stagnation point of the submerged jet, but not for the free-surface jet. The submerged jet provided the lower cooling performance than the free-surface jet due to the entrainment of the pool fluid of which temperature increased.
In the present study, the flow behaviors of square jets surface discharged and submerged discharged into shallow water were each simulated using computational fluid dynamics, and the results were compared. As for the verification of the models, the results of the hydraulic experiment conducted by Sankar, et al. (2009) were used. According to the results of the verification, the present application of computational fluid dynamics to the flow analysis of square jets discharged into shallow water was valid. As for the wall jet, which is one form of submerged discharges, at the bottom wall boundary, the peak velocity of the jet rapidly moved from the center of the jet to the bottom wall boundary due to the restriction of jet entrainment and the no-slip condition of the bottom wall boundary, and, as for the surface discharge, because jet entrainment is limited on the free water surface, the peak velocity of the jet moved from the center of the jet to the free water surface. This is because jet entrainment is restricted at the bottom wall boundary and the surface so that the momentum of the central core of the jet is preserved for considerable time at the bottom wall boundary and the surface. In addition, due to the effect of the bottom wall boundary and the free water surface, the jet discharged into shallow water had a smaller velocity diminution rate near the discharge outlet than did the free jet; at a location where it was so distant from the discharge outlet that the vertical profile of the velocity was nearly equal (b/x =20~30), moreover, it had a far smaller velocity diminution rate than did the free jet due to the effect of the finite depth.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.22
no.8
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pp.538-544
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2010
An experimental investigation is presented to study the effect nozzle spacing, jet to plate spacing and Reynolds number on the local heat transfer to normally upward impinging submerged circular water jets on a flat heated surface. Nozzle arrays are a single jet(nozzle dia. = 8 mm), a row of 3 jets(nozzle dia. = 4.6 mm, nozzle spacing = 37.5 mm) and a row of 5 jets(nozzle dia. = 3.6 mm, nozzle spacing = 25 mm), and jet to plate spacing ranging from 16∼80 mm(H/D = 2∼10) is tested. Reynolds number based on single jet exit condition is varied 30000∼70000($V_o$ = 3∼7 m/s). Except for the condition of H/D = 10, the average Nusselt number of multi-jet is higher than that of single jet. For H/D = 2, average Nusselt number is increased by 50.3∼82.5% for a row of 3 jets and by 52.9∼65.2% on a row of 5 jets when compared to the average Nusselt number on the single jet.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.7
s.238
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pp.878-885
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2005
The water jet impingement cooling is one of the techniques to remove the heat from high heat flux equipments. Local heat transfer of the confined water impinging jet and the effect of nozzle collar to enhance the heat transfer are investigated in the fee surface jet and submerged jet. Boiling is initiated from the farthest downstream and increase of the wall temperature is reduced with developing boiling, forming the flat temperature distributions. The reduction in the nozzle-to-surface distance fur H/W$\le$1 causes significant increases and distribution changes of heat transfer. Developed boiling reduces the differences of heat transfer for various conditions. The nozzle collar is employed at the nozzle exit. The distances from heated surface to nozzle collar, Hc are 0.25W, 0.5W and 1.0W. The liquid film thickness is reduced and the velocity of wall jet increases as decreased spacing of collar to heated surface. Heat transfer is enhanced fur region from the stagnation to x/W$\~$8 in the free surface jet and to x/W$\~$5 in the submerged jet. For nucleate boiling region of further downstream, the heat transfer by the nozzle collar is decreased in submerged jet comparing with higher velocity condition. It is because the increased velocity by collar is de-accelerated downstream.
The water jet impingement cooling is one of the techniques to remove heat from high heat flux equipments. We investigate the local heat transfer of the confined water impinging jet and the effect of nozzle collar to enhance the heat transfer in the free surface jet and submerged jet. Boiling is initiated from the furthest downstream and the wall temperature increase is reduced with developing boiling, forming the flat temperature distributions. The reduction in the nozzle-to-surface distance for $H/W{\leq}1$ causes the significant increases and distribution changes in heat transfer. Developed boiling reduces the differences in heat transfer for various conditions. The nozzle collar is employed at the nozzle exit. The distances from heated surface to guide plate, $H_c$ are 0.25W, 0.5W and 1.0W. The liquid film thickness is reduced and the velocity of wall jet increase as decreased spacing of collar to heated surface. Heat transfer is enhanced for region from the stagnation to $x/W{\sim}8$ in the free surface jet and to $x/W{\sim}5$ in the submerged jet. For nucleate boiling region of further downstream, the heat transfer by the nozzle collar is decreased in submerged jet compare with higher velocity condition. It is because the increased velocity by collar is de-accelerated at downstream.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.13
no.4
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pp.196-205
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2005
In this paper, recent research trend on heat transfer in impinging jet is reviewed. We focused on submerged jet that air issued into air or liquid issued into liquid. To control and enhance the heat transfer in single jet, researchers have performed a lot of experiments by considering the nozzle geometry, impinging surface and active method such as jet vibration, secondary injection and suction flow. The studies on multiple jet have been mainly focused on finding out the optimum condition and on investigating many different factors concerned with application condition (crossflow, rotation and geometry etc.) and combined techniques (rib turbulator, pin fin, dimple and effusion hole etc.). All most experiments showed the detailed heat transfer data by using liquid crystal method, infrared camera technique and naphthalene sublimation method. Many numerical calculations have been performed to investigate the flow and heat transfer characteristics in laminar jet region. Various turbulence models such as $k-\varepsilon-\bar{\nu^2}$, modified $k-\varepsilon-f_{\mu}$ were applied to the calculation for turbulent jet and the predicted results showed a good agreement with the experimental data. Although a lot of studies on impinging jet have performed consistently up to recently, further studies are still required to understand the flow and heat transfer characteristics more accurately, and to give a guideline for optimum impinging jet design in various applications.
An experimental study of heat transfer of submerged water jet impinging normally on a flat plate is presented. Heat transfer measurements obtained with Reverse cone type nozzle(Rcone) were compared to those obtained with Cone type nozzle(Cone) and Square edged type nozzle(Vert) of the same diameter(D=8mm) for different jet velocities in the range of $3{\sim}7m/s(Re_D=30000{\sim}70000)$ and various nozzle-to target spacings($H/D=2{\sim}10$). The local Nusselt number profiles exhibited a sharp drop for $r/D{\leq}0.5$ and 2nd, 3rd peaks revealed at r/D=2, 3 respectively, followed by a slower decrease there after. The peaks were weakened with increasing the nozzle-to target spacing and decreasing the jet velocity. The stagnation Nusselt number of the Reverse cone type nozzle was larger than those of the other two nozzles for H/D=2. 10, but Cone type nozzle had the highest value for $H/D=4{\sim}8$. Also average Nusselt number of the Reverse cone type nozzle was higher than those of the other two nozzles at $H/D=2{\sim}10$, except for $V_o=7ms$ of H/D=6.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.23
no.6
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pp.466-473
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2011
The buoyancy and initial momentum fluxes make near-field dominated by buoyant jet when thermal discharge releases underwater. In order to estimate prediction capabilities of those near-field phenomena, non-hydrostatic RANS applied CFD(Computational Fluid Dynamic) model was used. Condition of model was composed based on past laboratory experiments. Numerical simulations carried out for the horizontal buoyant jet in the stagnant flow and vertical buoyant jet into crossflow. The results of simulation are compared with the terms of trajectory and dilution rate of laboratory experiments and analytic model(CorJET) results. CFD model showed a good agreement with them. CFD model can be appropriate for assessment of submerged thermal discharge effect because CFD model can resolve the limitations of near-field analytic model and far-field quasi 3D hydrodynamic model. The accuracy and capability of the CFD model is reviewed in this study. If the computational efficiency get improved, CFD model can be widely applied for simulation of transport and diffusion of submerged thermal discharge.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.17
no.8
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pp.714-721
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2005
The water jet impingement cooling with boiling is one of the techniques to remove heat from high heat flux equipments. The configuration of surface roughness is one obvious condition of affecting the performance on heat transfer in nucleate boiling, The present study investigates the water jet impinging single-phase convection and nucleate boiling heat transfer for the effect of surface roughness to enhance the heat transfer in free surface and submerged jet. The distributions of the averaged wall temperature as well as the boiling curves are discussed. Jet velocities are varied from 0.65 to 1.7 m/s. Surface roughness by sand blast and sand paper varies from 0.3 to 2.51 ${\mu}m$ and cavity shapes on surface are semi-circle and v-shape, respectively The results showed that higher velocity of the jet caused the boiling incipience to be delayed more. The incipient boiling and heat transfer increase with increasing surface roughness due to a large number of cavities of uniform size.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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