A two-phase flow observed in a heat exchanger or nuclear power generation often has a profound effect on undesirable noise or flow characteristics. Void fraction, which refers to the ratio of gas (or liquid) to the total fluid, affects heat transfer coefficient, vibration and so forth. In other words, void fraction is one of most important parameters in two-phase flow since it contributes to comprehend the characteristics of two-phase flow. We developed a two-phase flow visualization system to measure cross-sectional and volumetric void fractions by using quick closing valves and image processing software. With this system, we could observe the plug, slug, and stratified flow patterns of two-phase flow and measure a myriad of void fractions. As a consequence of the experiment, we found that the estimated void fractions were largely coincident with the predictive values by Chisholm model.
한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.181-182
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2003
A preconditioned numerical method for gas-liquid to-phase flow is applied to solve cavitating flow. The present method employs a density based finite-difference method of dual time-stepping integration procedure and Roe's flux difference splitting approximation with MUSCL-TVD scheme. A homogeneous equilibrium cavitation model is used. The method permits simple treatment of the whole gas-liquid two-phase flow field including wave propagation, large density changes and incompressible flow characteristics at low Mach number. By this method, two-dimensional internal flows through a venturi tuve and decelerating cascades are computed and discussed.
Two phase flow phenomena are observed in many industrial facilities and make much importance of optimum design for nuclear power plant and various heat exchangers. This experimental study has been investigated the classification of the flow pattern, the local void distribution and convective heat transfer in swirl and non-swirl two phase flow under the isothermal and nonisothermal conditions. The convective heat transfer coefficients in the single phase water flow were measured and compared with the calculated results from the Sieder-Tate correlation. These coefficients were used for comparisons with the two-phase heat transfer coefficients in the flow orientations. The experimental results indicate, that the void probe signal and probability density function of void distribution can used into classify the flow patterns, no significant difference in voidage distribution was observed between isothermal and non-isothermal condition in non-swirl flow, the values of two phase heat transfer coefficients increase when superficial air velocities increase, and the enhancement of the values is observed to be most pronounced at the highest superficial water velocity in non-swirl flow. Also two phase heat transfer coefficients in swirl flow are increased when the twist ratios are decreased.
Two-phase flow exists in many industrial components. Characteristics of two-phase flow have been studied by many researchers; however, a further study of the two-phase is required for flow-induced vibration. Characteristics of two-phase flow were measured by force sensor at the end of a vertical pipe. The predominant frequency of fluctuation was obtained for various speeds of flow pattern. A correlation to slug frequency for horizontal flow was obtained by Heywood & Richardson (1979), while Legius et al (1997) for vertical flow. A coefficient based on the correlation is estimated and then compared to the existing ones. The existing empirical formulations for average void fraction were proposed by Wallis (1969), Zuber et al (1967) and Ishii (1970). In the present result, flow parameters, such as flow quality and real velocity, are evaluated with void fraction.
The operating temperature of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) usually has to be limited under $100^{\circ}C$ to maintain the proper ionic conductivity. Therefore, the only product from reaction, water, is in the liquid phase. Two-phase flow makes the flow phenomenon in the channel difficult to understand and predict. Water blocking in the PEMFC channel or the pore of Gas Diffusion Layer (GDL), called flooding, is known as the main effect of PEMFC degradation. To analyze two-phase flow, the PEMFC with transparent acrylic plate was used. Two-phase flow patterns were observed by varying the current density. When the PEMFC is mounted horizontally, water in the cathode is mainly transported on the interface between the channel and GDL.
A study was performed to investigate the characteristics of two-phase jet injected into subsonic cross-flow using the external mixed gas blast two-phase nozzle. The shadowgraph method was adopted for the cross-flow jet visualization and PDPA system was used to measure droplet size, velocity, and volume flux. The atomization of two-phase jet is initially determined according to gas to liquid mass flow-rate ratio and the Reynolds number of cross-flows. The highest penetration trajectories of two-phase jet injected into cross-flow are governed by the momentum ratio at subsonic cross-flow. As GLR of two-phase jet injected into cross-flow increases, the droplet size decreases and the distribution area of volume flux increases. The distribution of volume flux that influenced by the counter vortex pair at the downstream of cross-flow is symmetric in shape of horseshoe.
Wettability is a critical parameter in micro-scale two-phase system. Several previous results indicate that wettability has influential affect on two-phase flow pattern in a microchannel. However, previous studies conducted using circular microtube, which was made by conventional fabrication techniques. Although most applications for micro thermal hydraulic system has used a rectangular microchannel, data for the rectangular microchannel is totally lack. In this study, a hydrophilic rectangular microchannel was fabricated using a photosensitive glass. And a hydrophobic rectangular microchannel was prepared using silanization of glass surfaces with OTS (octa-dethyl-trichloro-siliane). Experiments of two-phase flow in the hydrophilic and the hydrophobic rectangular microchannels were conducted using water and nitrogen gas. Visualization of twophase flow pattern was carried out using a high-speed camera and a long distance microscope. Visualization results show that the wettability was important for two-phase flow pattern in rectangular microchannel. In addition, two-phase frictional pressure drop was highly related with flow patterns. Finally, Two-phase frictional pressure drop was analyzed with flow patterns.
Tomography has been investigated to observe bubble behaviors in two-phase flows. A bubbly flow and an annular flow have been reconstructed by tomography methods such as an algebraic reconstruction technique (ART) and a multiplicative algebraic reconstruction technique (MART) . Computer synthesized phantom fields have been used to calculate asymmetric density distributions for limited cases of 3, 5, and 7 projection angles. As a result of comparison of two tomography methods, the MART method has shown a significant improvement in the reconstruction accuracy for analysis of the two-phase flows.
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.
The purpose of this paper is to analyze two-phase flows of the hydrogen recirculation system. Two-phase flow modeling is one of the great challenges in the classical sciences. As with most problems in engineering, the interest in two-phase flow is due to its extreme importance in various industrial applications. In hydrogen recirculation systems of fuel cell, the changes in pressure and temperature affect the phase change of mixture. Therefore, two-phase flow analysis of the hydrogen recirculation system is very important. Two-phase computation fluid dynamics (CFD) calculations, using a commercial CFD package FLUENT 6.2, were employed to calculate the gas-liquid flow. A two-phase flow calculation was conducted to solve continuity, momentum, energy equation for each phase. Then, the mass transfer between water vapor and liquid water was calculated. Through an experiment to measure production of liquid water with change of pressure, the analysis model was verified. The predictions of rate of condensed liquid water with change of pressure were within an average error of about 5%. A comparison of experimental and computed data was found to be in good agreement. The variations of performance, properties, mass fraction and two-phase flow characteristic of mixture with resepct to the fuel cell power were investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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