Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권1호
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pp.22-29
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2006
Gas turbine engine among Principal internal combustion engines has been mainly applied as an aero and industrial Power plant. In order to increase its thermal efficiency. it has been raised their pressure ratio of compressor and the turbine inlet temperature. To operate above the limit temperature of turbine material, turbine nozzle vanes should be cooled. For this the cooling air is bled from the compressor section of 9as turbine. Meanwhile, to keep high thermal efficiency of 9as turbine, turbine vanes are to be cooled by using small cooling air Therefore, the complex cooling passages are requested to be designed and evaluated the effectiveness of vane cooling by measuring turbine vane temperature. But it is very difficult or impossible for us to measure local turbine temperatures at actual temperature When local heat transfer coefficients are known these can be calculated, therefore this study has been investigated on obtaining these coefficients of turbine vane at room temperature using TLC.
Measurements of local heat/mass transfer coefficients in rotating two-pass ducts are presented. Ducts of three different aspect ratios (W/H), 0.5, 1.0 and 2.0, are employed with a fixed hydraulic diameter ($D_h$) of 26.7 nm. $90^{\circ}$-rib turbulators are attached on the leading and trailing walls symmetrically. The rib height-to-hydraulic diameter ratio ($e/D_h$) is 0.056, and the rib pitch-to-rib height ratio (p/e) is 10. The experimental conditions are the same as those of the previous part of the study. As the rib height-to-duct height ratio (e/H) increases, the core flow is more disturbed and accelerated in the midsections of ribs. Therefore, the obtained data show higher heat/mass transfer in the higher aspect ratio duct. Dean vortices also augment heat/mass transfer in the turn and in the upstream region of the second pass. However, the effect becomes less significant for the higher aspect ratio because the surface area increases in the present geometric condition. The effect of rotation produces heat/mass transfer discrepancy.
Heat transfer augmentation in a rib-roughened duct is affected by the rib configurations, such as rib height, angle of attack, shape, rib to rib pitch, and aspect ratio of a duct. These have been the main subjects in studying the average heat transfer and the friction loss of the fully developed flow. Investigating distributions of local heat transfer coefficients and flow patterns in a duct with the rib turbulators is necessary to find the characteristics of heat transfer augmentation and to decide the optimal configurations of ribs. In the present study the numerical analyses and the mass transfer experiments are performed to understand the flow through a rib roughened duct and the heat transfer characteristics with various angles of attack of ribs. A pair of counter-rotating secondary flow in a duct has a main effect on the lateral distributions of local mass transfer coefficients. Downwash of the rotating secondary flow, reattachment of main flow between ribs and the vortices near ribs and wall enhanced the mass transfer locally up to 8 times of that in case of the duct without ribs.
The present study investigates the convective heat/mass transfer characteristics and pressure drop inside the rib-roughened cooling passage of gas turbine blades. The internal cooling passage is simulated using a square duct with h- and V-shaped rectangular ribs which have a 60。attack angle. A naphthalene sublimation technique is employed to determine the detailed local heat/mass transfer coefficients using the heat and mass transfer analogy. The ribs disturb the main flow resulting in the recirculation and secondary flows near the ribbed wail. The secondary flow patterns and the local heat transfer in the duct are changed significantly according to the rib orientation. A square duct with ∧ - and V-shaped ribs have two pairs of secondary flow due to the rib arrangement. Therefore, the average heat/mass transfer coefficients and pressure drop of ∧ - and V-shaped ribs are higher than those of the continuous ribs with 90$^{\circ}$ and 60$^{\circ}$attack angles. The ∧-shaped ribs have higher heat/mass transfer coefficients than the V-shaped ribs, and the uniformity of heat/mass transfer coefficient are increased with the discrete ribs due to the flow leakage and acceleration near the surface.
An experiment was conducted to investigate whether an equation of heat transfer coefficient derived form energy equation of two-phase plug flow can be actually applied to the industrial field. The heat is constantly transfered to the sand beds from the wall of heat exchanger while the sand moves down through cylindrical heat exchanger by gravity from feed hooper. To increase heat transfer, turbulators such as glass ball and steel pipe packings were used. In addition, the experiment in the case of fluidizing the sand beds was also carried out. The temperatures of the sand beds and the wall were measured along the heat exchanger axis. The density and porosity of the sand beds were also measured. The deviations of the mean velocity of sands from the velocity on the wall surface because of the slip conditions on the wall were negligible (within 3%). The heat transfer coefficients when the turbulators were used and when the sand beds were fluidized were found to be much greater than those of the plain plug flow.
The present study investigates heat/mass transfer characteristics in a rotating two-pass duct for smooth and ribbed surfaces. The duct has an aspect ratio of 0.5 and a hydraulic diameter of 26.67 mm. 70-angled rib turbulators are attached on the leading and trailing sides of the duct in parallel and cross arrangements. The pitch-to-rib height ratio is 7.5 and the rib height-to-hydraulic diameter ratio is 0.075. The Reynolds number based on the hydraulic diameter is constant at 10,000 and the rotation number ranges from 0.0 to 0.2 Detailed local heat/mass transfer coefficients are measured using a naphthalene sublimation technique. The results show that the secondary flows generated by the $180^{\circ}-turn$, rib turbulators, and duct rotation affect the wall heat/mass transfer distribution significantly, As the duct rotates, the rotaion-induced Coriolis force deflects the main flow and results in differences on the heat/mass transfer distribution between the leading and trailing surfaces. Its effects become more dominant as the rotaion number increases. Discussions are presented describing how the rib configuration and the rotaion speed affect the flow patterns and local heat/mass transfer in the duct.
The present study investigates convective heat/mass transfer and flow characteristics inside the rib-roughened cooling passage of the gas turbine blades. A square duct with rectangular ribs is used and $\wedge-$ and V-shape ribs with $60^{\circ}$ attack angle are installed on the test plate surfaces. Naphthalene sublimation technique is employed to determine the detailed local heat transfer coefficients using the heat and mass transfer analogy. The ribs disturb the main flow resulting in the recirculation and secondary flows near the ribbed wall and the vortices near the side-wall. The local heat transfer and the secondary flow in the duct are changed largely according to the rib orientation. A square duct with $\wedge$ and V-shape ribs has two pairs of secondary flow because of the rib arrangement. So, the duct has complex heat/mass transfer distribution. The average heat/mass transfer coefficient and pressure drop of $\wedge-$ and V-shape ribs are higher than those with $90^{\circ}$ and $60^{\circ}$ attack angles. The average heat/mass transfer coefficient on the $\wedge-shape$ ribs is higher than that on the V-shape ribs. Also, the uniformity of heat/mass transfer coefficient on discrete ribs is higher than that on continuous rib.
The present study investigates the pressure drop characteristics in rotating two-pass ducts. The duct has an aspect ratio (W/H) of 0.5 and a hydraulic diameter $(D_h)$ of 26.67mm. Rib turbulators are attached crossly in the four different arrangements on the leading and trailing surfaces of the test ducts. The ribs have a rectangular cross section of $2mm(e){\times}3mm(w)$ and an attack angle of $70^{\circ}C$. The pitch-to-rib height ratio (pie) is 7.5, and the rib height-to-hydraulic diameter ratio $(e/D_h)$ is 0.075. The results show that the highest pressure drop among each region appears in the turning region for the stationary case, but appears in the upstream region of the second pass for the rotating case. Effects of cross rib arrangements are almost the same in the first pass for the stationary and rotating cases. In the second pass, however, heat transfer and pressure drop are high for the cases with cross NN or PP type ribs in the stationary ducts. In the rotating ducts, they are high for the cases with cross NP or PP type ribs.
The present study investigates the pressure drop characteristics in rotating two-pass ducts. The duct has an aspect ratio (W/H) of 0.5 and a hydraulic diameter $(D_h)$ of 26.67mm. Rib turbulators are attached parallel in the four different arrangements on the leading and trailing surfaces of the test ducts. The ribs have a rectangular cross section of $2m(e){\times}3mm(w)$ and an attack angle of $70^{\circ}C$. The pitch-to-rib height ratio (p/e) is 7.5, and the rib height-to-hydraulic diameter ratio $(e/D_h)$ is 0.075. The results show that the highest pressure drop among each region appears in the turning region for the stationary case, but appears in the upstream region of the second pass for the rotating case. Effects of parallel rib arrangements are almost the same in the first pass for the stationary and rotating cases. In the second pass, however, heat transfer and pressure drop are high for the cases with parallel NN or PP type ribs in the stationary ducts. In the rotating ducts, they are high for the cases with parallel NN or PN type ribs.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제13권4호
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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