Fluid temperature fluctuations in a mixing tee pipe were numerically analyzed by LES model in order to clarify internal turbulent flows and to develope an evaluation method for high-cycle thermal fatigue. Hot and cold water with an temperature difference $40^{\circ}C$ were supplied to the mixing tee. Fluid temperature fluctuations in a mixing tee pipe is analysed by using the computational fluid dynamics code, FLUENT, Temperature fluctuations of the fluid and pipe wall measured as the velocity ratio of the flow in the branch pipe to that in the main pipe was varied from 0.05 to 5.0. The power spectrum method was used to evaluate the heat transfer coefficient. The fluid temperature characteristics were dependent on the velocity ratio, rather than the absolute value of the flow velocity. Large fluid temperature fluctuations were occurred near the mixing tee, and the fluctuation temperature frequency was random. The ratios of the measured heat transfer coefficient to that evaluated by Dittus-Boelter's empirical equation were independent of the velocity ratio, The multiplier ratios were about from 4 to 6.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.2
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pp.202-212
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1985
Numerical and experimental studies are presented for turbulent flows and heat transfer in annular channel with circumferential fins on the inner tube in a double pipe heat exchanger. Flow and heat transfer characteristics are periodically fully developed, and complex flow patterns are shown. Numerical calculations are executed by using modified TEACH-2E computer program based on the standard k-.epsilon. turbulence model. Mean velocity, turbulent kinetic energy, and Reynolds stress distributions are measured with the hot wire anemometer. Static pressures on the outer wall of the pipe are measured for three pitch-height ratios and several Reynolds numbers. Numerical predictions generally show reasonable results in comparison with experimental results. When the pitch-height ratio is about 5.0 and other geometric parameters are fixed in this paper, maximum heat transfer is achieved. Reattaching flow patterns appeared in this region. As the pitch between fins is increased beyond 5.0, mean Nusselt numbers are decreased and the pressure drop through one pitch almost remains.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.7
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pp.1013-1021
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1998
Various vortical structures are investigated by using three kinds of flow visualization methods in branch pipe flows. There are two typical flow patterns when a jet from the branch pipe with various angles is injected to the main pipe cross flow. The velocity range of cross flow of the main pipe is 0.2 m/s ~ 1.2 m/s and the corresponding Reynolds number, R$_{p}$ is of the range 1.5 * 10$^{3}$ ~ 9.02 * 10$^{3}$. The velocity ratio(R), jet velocity/cross flow velocity, is chosen from 1.3 to 4. The subsequent behavior and development of the ring vortices which are created at the jet boundary mainly depend on the velocity ratio. An empirical relation for the shedding frequency of the ring vortices is derived. It is also found that there are two different vortex shedding mechanism in the mixing of two fluid streams.s.
Flow rate measurement uncertainties of the ultrasonic flow meter are generally influenced by many different factors, such as Reynolds number, flow distortion, turbulence intensity, wall surface roughness, velocity integration method along the acoustic paths, and transducer installation method, etc. Of these influencing factors, one of the most important uncertainties comes from the velocity integration method. In the present study, a optimization weighting factor method for 5-chord, which is given by a function of the chord locations of acoustic paths, is employed to obtain the mean velocity in the flow through a pipe. The power law profile is assumed to model the axi-symmetric pipe flow and its results are compared with the present weighting factor concept. For an asymmetric pipe flow, the Salami flow model is applied to obtain the velocity profiles. These theoretical methods are also compared with the previous Gaussian, Chebyshev, and Tailor methods. The results obtained show that for the fully developed turbulent pipe flows with surface roughness effects, the present weighting factor method is much less sensitive than Chebyshev and Tailor methods, leading to a better reliability in flow rate measurement using the ultrasonic flow meters.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.10
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pp.1940-1954
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1992
Fine grid computations were attempted to analyze the turbulent flows in the near wall low Reynolds number region and the numerical analyses were incorporated by a finite-volume discretization with full find grid system and low Reynolds number k-.epsilon. model was employed in this region. For the improvement of low Reynolds number k-.epsilon. model, modification coefficient of eddy viscosity $f_{\mu}$ was derived as a function of turbulent Reynolds number $R_{+}$ and nondimensional length $y^{+}$ from the concept of two length scales of dissipation rate of turbulent kinetic energy. The modification coefficient $f_{\epsilon}$ in .epsilon. transport equation was also derived theoretically. In the turbulent kinetic energy equation, pressure diffusion term was added in order to consider low Reynolds number region effect. The main characteristics of this low Reynolds number k-.epsilon. model were founded as : (1) In high Reynolds number region, the present model has limiting behavior which approaches to the high Reynolds number model. (2) Present low Reynolds number k-.epsilon. model dose not need additional empirical constants for the transport equations of turbulent kinetic energy and dissipation of turbulent kinetic energy in order to consider wall effect. Present low Reynolds number turbulence model was tested in the pipe flow and obtained improved results in velocity profiles and Reynolds stress distributions compared with those from other k-.epsilon. models.s.s.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.8
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pp.1104-1111
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2000
Erosion-corrosion in a pipe system often occurs at fittings, valves, and weld beads where flow separation and reattachment yield high turbulence intensity. Thus identifying their correlations would be the first step towards resolving the erosion-corrosion problems associated with industrial applications. Bremhorst of the Univ. of Queensland, Australia, proposed that a rotating cylinder with surface roughness (two backward-facing steps periodically mounted on a circular cylinder) be an economical and tractable tool which can generate extreme flow conditions for erosion-corrosion study. In this work, DNS has been carried out for turbulent flows around the same rotating cylinder as his experimental apparatus. Our result shows that a region of intense turbulence intensity and high wall-shear stress fluctuation is formed along the cylinder surface in the recirculating region behind the step, where high mass-transfer capacity is also experimentally observed. Since corrosion is mass-transfer controlled, our finding sheds light on the direction of future corrosion research.
Kim, Chang-Ho;Lee, Dug-Ki;Paik, Jong-Seung;Jho, Moon-Jae
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.14
no.2
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pp.5-15
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1995
An application of the cross correlation technique by adopting ultrasonic waves for water pipe flow measuring purpose is studied. It is a non-intrusive flow metering method by determining the time of the flight of the flow turbulent noise and its non-obstructing mechanism enables to reduce process energy loss due to the flowmeter obstruction. A digital signal processor for the purpose of the real time Fourier transform was employed for the fast time calculation of the flow velocity. The overall accuracy was found as about $1\%$ for flow velocities from 0.25 m/s up to 16 m/s and for the pipe inside diameters from 50mm to 248mm. The cross correlation technique can be used for the tap water utility including most common liquid flows.
Liquid fossil fuel contaminated by water can cause trouble in the combustion processes and affect the endurance of a combustion system. Using an optical sensor to monitor the water content instantaneously in a fuel pipeline is an effective means of controlling the fuel quality in a combustion system. In two component liquid flows of oil and water, the flow pattern and characteristics of water droplets are changed with various flow conditions. Additionally, the light scattering of the optical sensor measuring the water content is also dependent on the flow patterns and droplet characteristics. Therefore, it is important to investigate the detailed behavior of water droplets in the pipeline of the fuel transportation system. In this study, the flow patterns and characteristics of water droplets in the turbulent pipe flow of two component liquids of gasoline and water were investigated using optical measurements. The dispersion of water droplets in the gasoline flow was visualized, and the size and velocity distributions of water droplets were simultaneously measured by the phase Doppler technique. The Reynolds number of the gasoline pipe flow varied in the range of $4{\times}10^{4}\;to\;1{\times}10^{3}$, and the water content varied in the range of 50 ppm to 300 ppm. The water droplets were spherical and dispersed homogeneously in all variables of this experiment. The velocity of water droplets was not dependent on the droplet size and the mean velocity of droplets was equal to that of the gasoline flow. The mean diameter of water droplets decreased and the number density increased with the Reynolds number of the gasoline flow.
Choi, Junwoo;Baek, Un Il;Lee, Sang Mok;Yoon, Sung Bum
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6B
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pp.627-634
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2008
In a numerical simulation of open channel turbulent flows using RANS (Reynolds averaged Navier-Stokes) equations model equipped with VOF (Volume of Fluid) scheme, the determination of wall roughness for wall function was studied. The roughness constant, based on the law-of-the-wall for flow on rough walls, obtained by experimental works for pipe flows is employed in general wall functions. However, this constant of wall function is the function of Froude number in open channel flows. Thus, the wall roughness should be determined by taking into account the effect of Froude number. In addition, the wall roughness should be corresponding to Manning's roughness coefficient widely used for open channels. In this study, the relation between wall roughness height as an input condition and Manning's roughness coefficient was investigated, and an equation for effective wall roughness height considering the characteristics of numerical models was proposed as a function of Manning's roughness coefficient.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.12
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pp.1724-1733
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2003
This paper assesses the prediction performance of explicit algebraic stress and heat-flux models for reduction of heat transfer coefficient in a strongly-heated vertical tube. Two explicit algebraic stress models and four explicit algebraic heat-flux models are selected for assessment. Eight combinations of explicit algebraic stress and heat-flux models are used in predicting the turbulent gas flows with intense heating, which yields the significant property-variation. The results showed that the two combinations of GS-AKN and WJ-mAKN predicted the Nusselt number and the axial wall temperature variations well and that the predictions of Nusselt number with WJ-combinations spread in a wider range than those with Gs-combinations. WJ is the explicit algebraic stress model of Wallin and Johansson and GS is the model of Gatski and Speziale and that AKN is the explicit heat-flux model of Abe, Kondoh and Nagano and mAKN is the modified AKN.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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