This paper focuses on the unsteady close-contact melting phenomenon occurring between a phase change material kept at its melting temperature and a flat surface on which constant heat flux is imposed. Based on the same simplifications and framework of analysis as the case of constant surface temperature, an approximate analytical solution which depends only on the liquid-to-solid density ratio is successfully derived. In order to keep consistency with the known solution procedure, both the dimensionless wall heat flux and the Stefan number are properly redefined. The obtained solution proves to agree quite well with the published numerical data and to be capable of resolving the fundamental features of unsteady close-contact melting, especially in the presence of the solid-liquid density difference. The density ratio directly affects the film growth rate and the initial value of solid descending velocity, thereby controlling the duration of unsteady process. The effects of other parameters can be evaluated readily from the steady solution which is implied in the normalized result. Since the dimensionless surface temperature for the present boundary condition increases from zero to unity along the evolution path of the liquid film thickness, the unsteady process lasts longer than that for the case of isothermal heating.
A flame extinction phenomenon is a typical unsteady process in combustion. Flame extinction is characterized by various physical phenomena, such as convection, diffusion, and the production of heat and mass. Flame extinction can be achieved by either increasing the strain rate or curvature, by diluting an inert gas or inhibitor, or by increasing the thermal or radiant energy loss. Though the extinction is an inherently transient process, steady and quasi-steady approaches have been used as useful tools for understanding the flame extinction phenomenon. Recently, unsteady characteristics of flames have been studied by many researchers, and various attempts have been made to understand unsteady flame behavior, by using various extinction processes. Representative parameters for describing flame, such as flame temperature, important species related to reactions, and chemi-luminescence of the flame have been used as criterions of flame extinction. In these works, verification of each parameter and establishing the proper criterions of the extinction has been very important. In this study, a time-dependent flame temperature and an OH radical concentration were measured using optical methods, and the instantaneous change of the flame luminosity was also measured using a high-speed ICCD (HICCD) camera. We compare the unsteady extinction points obtained by three different methods, and we discuss transient characteristics of maximum flame temperature and OH radical distribution near the extinction limit.
The unsteady conjugate forced convection-conduction heat transfer from a plate fin is numerically studied. The external forced flow is steady but the temperature of the fin base is an exponential change with time. Therefore, the unsteady energy equations of the fluid and the fin are solved simultaneously under the conditions of equality in heat flux and temperature at the fluid-fin interface at every instant of time. Numerical results are given for various quantities of interest including the local heat transfer coefficient, the local heat flux, the total heat transfer rate and the temperature distribution of fin under the effects of the convection-conduction parameter and the ratio of thermal diffusivities. The results of the present numerical solution have been compared with those of the conventional fin theory.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제33권7호
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pp.987-993
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2009
An experimental study is performed to investigate unsteady mixed convection in a horizontal channel with a heat source. Particle image velocimetry (PIV) with thermo-sensitive liquid crystal (TLC) tracers is used for visualization and analysis. This method allows simultaneous measurement of velocity and temperature fields at a given instant of time. Quantitative data of the temperature and velocity are obtained by applying the color-image processing to a visualized image, and neural network is applied to the color-to-temperature calibration. It is found that the periodic flow of mixed convection in a cavity appears at very low Reynolds numbers (Re<0.4), and the period decreases with increasing Reynolds numbers and increases with increasing aspect ratio.
The quick variation of the canister wall temperature causes the modification of the shape of canister wall. This paper is the possibility of adoption and the error analysis about the transient heat flux method. The commercial code(Fluent Ver6.2.16) was employed for the calculation of surface temperature in the case of steady and unsteady heat flux condition. Based the surface temperature variation and surface material property, transient heat flux method can calculate the surface heat flux. In the case of steady heat flux condition, the error is about 2%, and in the case of unsteady heat flux condition, the error is about 3.6%. With the unsteady heat flux condition, the time which reach the maximum surface heat flux is almost same between the numerical analysis and transient heat flux method.
본 연구는 냉장고 가스켓 주위에서 시간변화에 따른 온도를 측정하여 비정상상태 온도 특성을 규명하기 위해 수행되었다. 가스켓 주위 냉장고 내외부에서의 시간변화 온도 측정을 살펴보면 냉장고의 가동에 따라 주기적인 온도 변화를 관찰할 수 있다. 측정된 온도결과를 보면 열전달 전산해석을 수행하였던 이전의 연구들이 경계조건을 적절히 사용하지 않았기 때문에 이전의 연구결과와 많은 차이를 보여주고 있다. 본 연구에서는 적합한 열전달 전산해석 수행을 위해 실험을 통한 온도 분포를 도출하고 가스켓 주위의 냉장고 내외부의 정확한 열전달 경계조건을 제시하는 것을 목적으로 하여 수행하였다.
Temperature distriburion in a hollow chlinder has been analyzed mathematically. Unsteady condition considered assumed a constant heat flux input from the inside. The results are compared with experimental results of surface temperature rise of a gun barrel during continuous firing. Their agreements are acceptable. Effects of various dimensionless parameters on the surface temperature rise are discussed. For small Biot numbers, the external survface temperature approaches more rapidly to the steady temperature. Temperature difference between internal and external surfaces becomes greater for small Biot number. Steady solution assumed that the gas temperature inside the cylinder varies periodically. Relative amplitude and phase angles between the gas temperature and the internal or external surface temperature are obtained. Phase angles become smaller for large radiancy of gas temperature variation, small external Biot number, or large internal biot number. Relative amplitudes become samller as radiancy of gas temperature variation and internal Biot number become smaller. or external Biot number becomes larger. The solution obtained in this paper can be applied to gun barrels, heat pipes used in heat excangers, and reciprocation engines.
In this study, extinction limit extension of unsteady $(CH_{4}+N_{2})$/air diffusion flames was investigated experimentally. A spatially locked flame in an opposing jet burner was perturbed by linear velocity variation, and time-dependent flame luminosity, transient maximum flame temperature and OH radical were measured over time with the high speed camera, Rayleigh scattering method and OH laser-induced fluorescence, respectively. Unsteady flames survive at strain rates that are much higher than the extinction limit of steady flames, and unsteady extinction limits extend as the slope of the strain rate increases or the initial strain rate decreases. We verified the validity of the equivalent strain rate concept by comparing the course of unsteady extinction process and steady extinction process, and it was found that the equivalent strain rate concept represents well the unsteady effect of a convective-diffusive zone. To investigate the reason of the unsteady extinction limit extension, we subtracted the time lag of the convective-diffusive zone by using the equivalent strain concept. Then the modified unsteady extinction limits become smaller than the original unsteady extinction limits, however, the modified unsteady extinction limits are still larger than the steady extinction limits. These results suggest that there exist the unsteady behavior of a diffusive-reactive zone near the extinction limit due to the chemical non-equilibrium states associated with unsteady flames.
Flow of fluid has been studied in various fields of fluid engineering. To hydraulic engineers, the unsteady flow such as pulsation and liquid hammering in pipes has been considered as a serious trouble. So we are supposed to approach the formalized mathematical model by using more exact momentum equation for fluid transmission lines. Most of recent studies fur pipe line have been studied without considerations of variation of viscosity and temperature, which are the main factors of pressure loss causing the friction of fluid inside pipe line. Frequency response experiments are carried out with use of a rotary sinusoidal flow generator to investigate wave equation take into account viscosity and temperature. But we observed that measured value of gains are reduced as temperature increased. And it was respectively observed that the measured value of gains are reduced and line width of gain is broadened out, when temperature was high in the same condition. As we confessed, pressure loss and phase delay are closely related with the length, diameter and temperature of pipe line. In addition, they are the most important factors, when we decide the momentum energy of working fluid.
Unsteady natural convection of an enclosed fluid has been one of the fundamental thermo-fluid problems, of which dynamic relevance is found in many engineering applications. Together with the inherent coupling between the boundary layers and the interior core, and strong interaction between flow and temperature fields, the unsteadiness poses serious hurdles for analytical and experimental approaches. With the recent development of computers and solution algorithms, computational fluid dynamics has become the prevailing tool to tackle the underlying problems. In this presentation, a few examples of numerical studies are introduced. The usefulness and potential of numerical simulations in investigating unsteady natural convection are elaborated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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