This paper analyzed the heat transfer characteristics on the outer surface of the ambient air vaporizer which received the heat from the air through natural convection by using numerical and experimental methods. The working fluid was a liquid nitrogen. The experimental variables were the length (2,000 mm, 1,800 mm, 1,600 mm) and width of the vaporizer fin and the fluid flow ($6.7m^3/h$, $7.1m^3/h$, $7.5m^3/h$). Based on the temperature data from the experiments, the heat transfer coefficient was calculated. Numerical analyses were also conducted in order to find the heat transfer coefficient for the range of Nusselt number which was difficult to get the data from experiments. The correlation equation between Nusselt number and Rayleigh number were suggested using both the experimental and numerical data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.11
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pp.3686-3694
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1996
A numerical investigation of natural convection flow along irregular vertical surfaces is reported. A transformation method is applied to the problem of natural convection under the assumption of a large Grashof number. A vertical wavy surface is used as an example to demonstrate the advantages of the transformation method, and to show the heat transfer mechanism near such surfaces. Surface non-uniformities on the boundary layer flow induced by a constant was temperature, semi-infinite surface are investigated. Also the effects of Prandtl number, flow index, and surface amplitude in Non-Newtonian fluids are discussed. When possible, the comparison of the numerical results shows a good agreement. The amplitude is proportional to the amplitude of a wavy surface. The results demonstrate that the local heat flux along a wavy surface is smaller than that of a flat surface. The frequency of the wavy surface is half that of the local heat transfer rate. The amplitude of the local Nusselt number gradually decreases downstream where the natural convection boundary layer grows thick.
In this study, an analysis of natural convection of magnetic fluids in a closed-semicircular pipe was performed by the numerical methods. For the numerical method GSMAC method of Siliomis is used. From the results of numerical methods it is verified that the natural convection of the magnetic fluid, I investigated the nature convection phenomenon of the magnetic fluid with numerical analysis and was going to study the thermodynamic characteristic of the magnetic fluid. Because the effect of magnetic field control natural convection, we needed to find effective method to eliminate heat in the cure of heat transfer.
Geon Hyeong Lee;Jae Hyung Park;Beomjin Jeong;Sung Joong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.8
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pp.3043-3066
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2024
In various small modular reactor (SMR) designs currently under development, the conventional concrete containment building has been replaced by a metal containment vessel (MCV). In these systems, the gap between the MCV and the reactor pressure vessel is filled with gas or vacuumed weakly, effectively suppressing conduction and convection heat transfer. However, thermal radiation remains the major mode of heat transfer during normal operation. The objective of this study was to investigate the heat-transfer mechanisms in integral pressurized water reactor (IPWR)-type SMRs under various gas-filled conditions using computational fluid dynamics. The use of thermal radiation shielding (TRS) with a much lower emissivity material than the MCV surface was also evaluated. The results showed that thermal radiation was always the dominant contributor to heat loss (48-97%), while the conjugated effects of the gas candidates on natural convection and thermal radiation varied depending on their thermal and radiative properties, including absorption coefficient. The TRS showed an excellent insulation performance, with a reduction in the total heat loss of 56-70% under the relatively low temperatures of the IPWR system, except for carbon dioxide (13%). Consequently, TRS can be utilized to enhance the thermal efficiency of SMR designs by suppressing the heat loss through the MCV.
Double-diffusive convection inside a triangular porous cavity is studied numerically. Galerkin finite element method is adopted to derive the discrete form of the governing differential equations. The first-order backward Euler scheme is used for temporal discretization with the second-order Adams-Bashforth scheme for the convection terms in the energy and species conservation equations. The Boussinesq-Oberbeck approximation is used to calculate the density dependence on the temperature and concentration fields. A parametric study is performed with the Lewis number, the Rayleigh number, the buoyancy ratio, and the shape of the triangle. The effect of gravity orientation is considered also. Results obtained include the flow, temperature, and concentration fields. The differences induced by varying physical parameters are analyzed and discussed. It is found that the heat transfer rate is sensitive to the shape of the triangles. For the given geometries, buoyancy ratio and Rayleigh numbers are the dominating parameters controlling the heat transfer.
A numerical study on natural convection in a vertical square cavity filled with a porous medium is carried out with Brinkman-Forchheimer-extended Darcy flow model, and the validity of local thermodynamic equilibrium assumption is studied. The local thermodynamic equilibrium refers to the state in which a single temperature can be used to describe a heat transfer process in a multiphase system. With this assumption, the analysis is greatly simplified because only one equation is needed to describe the heat transfer process. But prior to using this assumption, it is necessary to know in what conditions the assumption can be used. The numerical results of this study reveal that large temperature difference between fluid phase and solid phase exists near wall region, paticularily when the convection becomes dominant over conduction. And the influence of flow parameters such as fluid Rayleigh number, fluid Prandtl number, dimensionless particle diameter and conductivity ratio are investigated.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.11
no.1
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pp.71-83
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2007
The double diffusive convection of cold water in the vicinity of its density maximum in a rectangular partitioned enclosure of aspect ratio 5 with isothermal side walls and insulated top and bottom is studied numerically. A thin partition is attached to the hot wall. The species diffusivity of the fluid is assumed to vary linearly with concentration. The governing equations are solved by finite difference scheme. The effects of position and height of the partition, variable species diffusivity and enclosure width are analyzed for various hot wall temperatures. It has been found that adding partition on the hot wall reduces the heat transfer. The density inversion of the water has a great influence on the natural convection. When increasing species diffusivity parameter heat and mass transfer rate is decreased.
The thermal response of electronic assemblies during forced convection-infrared reflow soldering is studied. Soldering for attaching electronic components to printed circuit boards is performed in a process oven that is equipped with porous panel heaters, through which air is injected in order to dampen temperature fluctuations in the oven which can be established by thermal buoyancy forces. Forced convection-infrared reflow soldering process with air injection is simulated using a 2-dimensional numerical model. The multimode heat transfer within the reflow oven as well as within the electronic assembly is simulated. Parametric study is also performed to study the effects of various conditions such as conveyor speed, blowing velocity, and electronic assembly emissivity on the thermal response of electronic assemblies. The results of this study can be used in the process oven design and selecting the oven operating conditions to ensure proper solder melting and solidification.
Direct numerical solution for flow and heat transfer for Benard convection with a body is obtained using an accurate and efficient Fourier-Chebyshev collocation and multi-domain method. The flow and temperature fields are obtained fur different Rayleigh numbers and thermal boundary conditions of body. The body has adiabatic and constant temperature conditions. The existence of a body gives different flow and heat transfer fields in the system, compared to pure Benard convection. The flow and temperature fields are also affected by the thermal boundary condition of a body.
A numerical investigation is made of three-dimensional buoyant convection of a Boussinesq-fluid in a vertical cylinder. The top and bottom endwalls are thermally insulated. Flow is driven by the substantial azimuthal variations in thermal boundary conditions. Comprehensive numerical solutions to the Navier-Stokes equations are obtained. The representative Rayleigh number is large, thus, the overall flow pattern is of boundary layer-type. Three-dimensional (low characteristics are described. Specially, the global flow and the heat transfer features are delineated when the severity of azimuthal variation of sidewall temperature n, is intensified. Temperature and velocity fields on the meridional planes and the planes of constant height are presented. The global flow weakens as n becomes large. The pattern of the local Nusselt number on the surface of cylinder is similar regardless of n. The convective gain in heat transfer activities is reduced as n increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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