Falling film absorption process is an important problem in application such as absorption chillers. The presence of waves on the film affects the absorption process significantly. In the present study the characteristics of heat and mass transfer in laminar-wavy falling film were studied numerically. The wavy flow behavior was incorporated in the energy and diffusion equation. The numerical solution indicated that the interfacial wave increased the transfer rates remarkably. Interfacial shear stress and wave frequency seemed to be the dominant factors on the film Nusselt number and Sherwood number in the wavy film. A comparison of the transfer rates of the wavy film to that of the smooth film showed that the mass transfer rate could be increased by more than 50%.
Numerical analyses have been performed to obtain the absorption heat and mass transfer coefficients and the absorption mass flux from a falling film of LiBr solution. In the present study, the behavior of laminar-wavy falling film in the vertical absorber was studied analytically and experimentally. The change of absorption performance on mean film thickness, wave amplitude, wave celerity was analysed. The heat and mass transfer equations are solved simultaneously to give the temperature and concentration variations at the LiBr solution/refrigeration vapor interface and at the wall. Effects of uniform film, wavy film and film Reynolds number on the heat and mass transfer coefficients have been estimated. The analytical results of the uniform and wavy falling film in the bare tube was higher than experimental result for $Rd_{t}<100$. The absorption performance showed the maximum at the wavy film by the insert device(spring).
Two-dimensional poly(dimethylsiloxane) (PDMS) films with wavy patterns were studied in order to investigate reversible and irreversible wetting effects. Pre-strained, surface oxidized layers of PDMS were used to form relieved wavy geometries, on which hydrophobic functionalization was carried out in order to produce irreversible wetting effects. Wavy-patterned PDMS films showed time-dependent reversible wetting effects. The degree of surface wettability could be tuned by the choice of wavy groove geometries. And the groove geometries were controlled via $O_2$ plasma treatment and mechanical pre-straining. The pre-strained, buckled PDMS films were applied to the fabrication of hydrophobic polystyrene nano-patterns using colloidal self-assembly, where the colloids were arrayed in two-dimensional way. The wavy polystyrene films were found to be more hydrophobic relative to flat polystyrene films. The grooving methodology used in this study could be applied to enhancing the hydrophobicity of other types of polymeric thin films, eliminating the need for chemical treatment.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제14권2호
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pp.41-48
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2006
Absorption performance at the vertical interface between refrigerant vapor and liquid solution of $LiBr-H_{2}O$ solution was enhanced by the waves formed due to the interfacial shear stress. The present study investigated experimentally and analytically the improvements of absorption performance in a falling film by wavy film flow. The dynamic parameter was the film Reynolds numbers ranged from 50 to 150. The energy and diffusion equations were solved simultaneously to find the temperature and concentration profiles at the interface of liquid solution and refrigerant vapor. Absorption characteristics due to heat and mass transfer were analyzed for the falling film of the LiBr aqueous solution contacted by refrigerant vapor in the absorber. Absorption performance showed a peak value at the solution flow rate of $Re_{f}>100$. Absorption performance for the wavy film flow was found to be greater by approximately 10% than that for uniform film flow. Based on numerical and experimental results, the maximum absorption rate was obtained for the wavy flow caused by spring insert. The difference between the measured and the predicted results were ranged from 5.8 to 12%.
Under severe accidents, the pressure and temperature response has an important role for the integrity of a nuclear power plant containment. The history of the pressure and temperature is characterized by the amount and state of steam/air mixture in a containment. Recently, the heat transfer rate to the structure surface is supposed to be increased by the wavy interface formed on condensate film. However, in the calculation by using CONTAIN code, the condensation heat transfer on a containment wall is calculated by assuming the smooth interface and has a tendency to be underestimated for safety. In order to obtain the best- estimate heat transfer calculation, we investigated the condensation heat transfer model in CONTAIN 1.2 code and adopted the new forced convection correlation which is considering wavy interface. By using the film tracking model in CONTAIN 1.2 code, the condensate film is treated to consider the effect of wavy interface. And also, it was carried out to investigate the effect of the different cell modelings - 5-cell and 10-cell modeling - for KNGR(Korean Next Generation Reactor) containment phenomena during a severe accident. The effect of wavy interface on condensate film appears to cause the decrease of peak temperature and pressure response . In order to obtain more adequate results, the proper cell modeling was required to consider the proper flow of steam/air mixture.
액막류는 레이놀즈수 및 유동 안정성에 의해 파동이 없는 층류액막류, 파동을 동반한 층류 액막류 및 난류액막류로 구분된다. 파동액막류는 강한 비선형성에 의해 매우 복잡하여 기존에는 주로 실험적 연구가 진행되었다. 수치적 해석은 주로 파동이 없는 경우에 국한되었으며 여러 가지 자유표면 해석기법을 이용하여 평균액막두께를 예측하였다. 이 연구에서는 층류액막류의 파동현상을 레이놀즈수 20~1000 범위에서 수치해석하였다. 이 때, VOF 자유표면 해석기법에 기반한 여러 가지 수치방법을 비교 연구하였으며 평균액막두께, 파동속도 및 진폭을 실험결과와 비교하였다.
In the present study the behavior of laminar-wavy film flowing down a vertical plate was studied analytically. The effects of film Reynolds number and interfacial shear stress on the mean film thickness, wave amplitude, wave length, and wave celerity were analysed. The anayltical results on the periodic-wave falling film showed good agreements with experimental data for Re < 100. As the film Reynolds number increased, mean film thickness, wave amplitude, and wave celerity increased, but wave length decreased. Depending on the direction of interfacial shear stress, the shape of wavy interface was disturbed significantly, especially for the intermediate-wave. As the interfacial shear stress increased, for the periodic-wave film, wave amplitude and wave celerity increased, but mean film thickness and wave length decreased.
액막류는 다양한 산업분야에 적용되는 쉘-튜브 열교환기의 주요 열교환기구로 오랫동안 연구되어왔다. 액막류의 한쪽 경계는 고정벽에 접하고 있지만 반대편에서는 기체 영역과 경계를 형성하므로 액막 레이놀즈 수가 증가함에 따라 쉽게 불안정해지는 특징을 가지고 있다. 따라서 레이놀즈 수가 증가함에 따라 자유표면 파동 현상이 나타나는데, 층류 영역에서는 큰 진폭의 고립파가, 난류 천이 이후에는 낮은 진폭의 물결파가 나타난다. 액막류의 열전달 성능은 액막의 두께에 의해 크게 지배받는데 액막류에 동반된 파동은 액막 두께의 시공간적 변화를 의미하는 것이므로 이에 대한 정보를 해석적으로 수집하는 것은 액막류 열전달 성능을 예측하는데 필수적이다. 본 연구에서는 낮은 진폭의 물결파를 동반한 난류 액막류에 대하여 여러 가지 난류 모형을 적용한 해석결과들을 실험결과와 비교함으로써 난류 모형들에 대한 평가를 실시하였다.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제13권3호
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pp.158-166
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2005
The present study investigated experimentally and numerically the enhancement of absorption performance due to the waviness of falling film in the vertical absorber tube. The momentum, energy and mass diffusion equations were utilized to find out temperature and concentration profiles at both the interfaces of liquid solution and refrigerant vapor and the wall. Flow visualization was performed to find out the wetting characteristics of the falling film. The maximum heat transfer coefficient was obtained for the wavy flow using spring as an insert device through both numerical and experimental studies. Based on the numerical and experimental results, the maximum absorption rate was found for the wavy-flow using spring as the insert device. The differences between experimental and analytical results ranged from $5.0\;to\;25\%\;when\;Re_j>100$.
Mechanical face seal installed in boiler feedwater pump prevents leakage of working fluid using thin fluid film between stator and rotor. If the leakage of working fluid exceeds the allowable volume, serious malfunction of boiler feedwater pump will be happen. The thinner fluid film exists between stator and rotor, the less working fluid leaks out. However, if the thickness of fluid film is not enough, the wear of seal face will be increased. And it causes the decrease in life of mechanical face seal. Therefore appropriate design is necessary to maximize the performance and life of mechanical face seal. In this study, numerical analysis using finite volume method was conducted to investigate the static characteristics of wavy mechanical face seals which have 4 different wavy surface profiles on rotor. As a result, opening force, leakage volume of working fluid and friction torque were obtained. For the same minimum film thickness, the static characteristics of mechanical face seal were affected by the wavy surface profile which can change the thickness of working fluid film and pressure distribution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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