In this paper, a segregated finite element program for the analysis of an axisymmetric steady flow has been developed in order to investigate the flow inside an annular pipe with a periodic obstacle. For the verification of the developed code, a developing pipe flow has been solved and the solution is in a good agreement with the existing results. For the analysis of the flow inside an annular pipe with a periodic obstacle, three types of periodic obstacle are considered. From the present numerical analysis, various physical variables including flow pattern, pressure distribution and residence time are investigated as a preliminary study to the heat transfer analysis of an annular pipe flow with a periodic obstacle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.7
no.3
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pp.301-312
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1983
Experimental results for the variation of the flow characteristics and heat transfer coefficients in the entrance region of concentric annular pipe with artificial roughness are compared with the theoretical results by numerical analysis. In the experiments, velocity profiles, pressure gradients and heat transfer coefficients were measured with variation of the Reynolds number for the constant ratio of pitch to height at the hydrodynamic entry region. Wall temperature of inner heated pipe with constant heat flux was measured at thermal entry region after the hydrodynamically fully developed region of flow. Experimental data agree well with numerical predictions. Both results show that turbulent flow of annular pipe with artificial roughness is fully developed thermally much faster than that of smooth pipe. Nusselt number of annular pipe with roughness is much higher than that of smooth pipe. However the ratios of Nusselt number of annular pipe with artificial roughness to that of smooth pipe does not vary with Reynolds number.
Direct numerical simulations (DNS) is carried out to study fully-developed turbulent concentric annular pipe flow with two radius ratios at $Re_{Dh}\;=\;8900$. In case of $R_1/R_2\;=\;0.5$, the present result for the mean flow is in good agreement with the previous experimental data. Because of the transverse curvature effects, the distributions of mean flow and turbulent intensities are asymmetric in contrast to those of other fully-developed flows (channel and pipe flow). From the distributions of skewness of radial velocity fluctuations, it co be identified that all of the characteristics of channel, pipe and turbulent flow on a cylinder in axial flow can be appeared in concentric annular pipe flow.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.10
no.6
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pp.763-772
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1998
The effects of an inserted coil on flow patterns and heat transport performance for a horizontal rotating heat pipe have been studied experimentally. Especially, the present study is to see an internally inserted helical coil inside a RHP would lead to the same kind of results as internal fins. Visualization test conducted for an acryl tube, charged water with at a volumetric rate of 20%. When the flow kept pool regime at a low RPM(less than 1,000 RPM), the movement of coil forced the water to flow in axial direction. But this pumping effect of coil disappeared, when the pool regime changed to annular one which could be created by increasing RPM. The pumping effects for RHP with an inserted coil resulted enhancement both in condensation heat transfer coefficient and heat transport limitation, as obtained in case of using internal fins. But all these effects became negligible in the range of higher RPM(above 1,000∼1,200) with the transition of flow regime to annular flow.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.8
no.1
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pp.50-61
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2000
The effects of an inserted coil on flow . patterns and heat transfer performance for a horizontal rotating heat pipe have been studied experimentally. Especially, the present study is to see an internally inserted helical coil inside a RHP would lead to the same kind of results as internal fins. Visualization test conducted for an acryl tube, charged water with at a volumetric rate of 20%. When the flow kept pool regime at a low rpm(less than 1,000rpm), the movement of coil forced the water to flow in axial direction. But this pumping effect of coil disappeared, when the pool regime changed to annular one which could be created by increasing rpm. The pumping effects for RHP with an inserted coil resulted in the enhancement in both condensation heat transfer coefficient and heat transport limitation, as obtained in case of using internal fins. But all these effects became negligible in the range of higher rpm(above 1,000-1,200) with the transition of flow regime to annular flow.
In many semi-empirical analyses of flow boiling heat transfer, an annular flow is often assumed as a model flow and the local liquid film thickness is a key parameter in the analysis. This work considers a simple electrical conductance technique to estimate the local liquid film thickness in two-phase annular flows. In this approach, many electrodes are mounted flush with the inner wall of the pipe. Voltage differences between two neighboring electrodes for concentric annular flows with various liquid film thicknesses are obtained before the main experiments and logged in a look-up table. For an actual application in the annual flow, voltage differences of neighboring electrodes are measured and then corresponding local film thicknesses are determined by the interpolation of the look-up table. Even though the proposed technique is quite simple and straightforward, the numerical and static phantom experiments support its usefulness.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.27
no.3
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pp.460-465
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2003
Microgravity experiments were conducted to determine the effect of liquid and gas superficial velocities on flow behaviors. Flow behaviors observed under microgravity conditions can be classified into five flow patterns: bubble. Taylor bubble, slug, semi-annular and annular flows. Transition boundary between four flow patterns could be determined by drift-flux model. It was also found that the effect of gravity and pipe inclination on flow pattern transition was not significant in the inertia dominant region.
Field measurements have revealed that the pressure drop over a borehole during drilling of a slim oil well or a well with a long reach can depend significantly on the rotation speed of the drill pipe. An accurate prediction of the annular frictional pressure drop is therefore important for conditions where the annular clearance is small. An experimental study was carried out to study solid-liquid two phase flow in a slim hole annulus. Annular velocities of carrier fluids varied from 0.2 m/s to 1.5 m/s. The carrier fluids which were utilized included tap water and CMC water solutions. Pressure drops and average flow rates were measured for the parameters such as inner-pipe rotary speed, carrier fluid velocity, hole inclination and particle injection rate. For both water and CMC solutions, the higher the concentration of the solid particles is, the larger the pressure gradients become.
Annular flow refers to a special type of two-phase flow pattern in which liquid flows as a thin film at the periphery of a pipe, tube, or conduit, and gas with relatively high velocity flows at the center of the flow section. This gas also includes dispersed liquid droplets. The liquid film flow rate continuously changes inside the tube due to two processes-entrainment and deposition. To determine the liquid holdup, pressure drop, the onset of dryout, and heat transfer characteristics in annular flow, it is important to have proper knowledge of flow characteristics. Especially a better understanding of entrainment fraction is important for the heat transfer and safe operation of two-phase flow systems operating in an annular two-phase flow regime. Therefore, the objective of this work is to develop a computational model for the simulation of the annular two-phase flow regime and assess the various existing models for the entrainment rate. In this work, Computational Fluid Dynamics (CFD) in ANSYS FLUENT has been applied to determine annular flow characteristics such as liquid film thickness, film velocity, entrainment rate, deposition rate, and entrainment fraction for various gas-liquid flow conditions in a vertical upward tube. The gas core with droplets was simulated using the Discrete Phase Model (DPM) which is based on the Eulerian-Lagrangian approach. The Eulerian Wall Film (EWF) model was utilized to simulate liquid film on the tube wall. Three different models of Entrainment rate were implemented and assessed through user-defined functions (UDF) in ANSYS. Finally, entrainment for fully developed flow was determined and compared with the experimental data available in the literature. From the simulations, it was obtained that the Bertodano correlation performed best in predicting entrainment fraction and the results were within the ±30 % limit when compared to experimental data.
Thermal performance and flow patterns inside the closed loop pulsating heat pipe (CLPHP) were experimentally investigated. For investigating the effect of working fluids, CLPHP was filled with various working fluids including methanol, acetone and ethanol. The thermal resistance was calculated by temperatures in evaporator and condenser and flow patterns were visualized by a digital camera. The thermal resistances for all fluids were decreased as the heat increases. Flow patterns change from static slug to elongated slug flows, bulk circulation and annular flows as the heat increases. Dry-out occurs after annular flows. For reasonable comparison of thermal performances, normalized CHF, Kutateladze number (Ku), was compared. Even though ethanol has smallest CHF, Ku of ethanol is similar with that of methanol. In addition, acetone has the highest Ku that means CLPHP with acetone provides the higher thermal performance compared with CLPHP with other fluids.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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