International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제10권1호
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pp.10-18
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2002
The objective of present study is to analyze a concentric triple-passage heat exchanger for an optimal design of a continuous hot steel-tube cooling system, where a hot-steel tube line is passing through an antioxidant gas with a constant speed. Velocities and temperatures of the inert gas flowing between inner and outer tubes are calculated theoretically for laminar and numerically for turbulent flow regimes. From their profiles Nusselt numbers and friction factors are calculated (or various ratios of inner/outer tube radii and relative velocities. With these Nusselt numbers triple-passage heat exchangers are investigated for their thermal characteristics. It is shown that heat transfer coefficients based on ratios of average heat fluxes from inner and outer tubes might result in great errors for the temperature distributions of the flows, since local heat transfer coefficients for flows through an annulus are dependent on local wall heat flux ratios.
The advantages of using natural circulation (NC) as a cooling system, has prompted the worldwide development to investigate this phenomenon more than before. The interesting application of the NC in low power experimental facilities and research reactors, highlights the obligation of study in these laminar flows. The inherent oscillations of NC between hot source and cold sink in low Grashof numbers necessitates stability analysis of cooling flow with experimental or numerical schemes. For this type of analysis, numerical methods could be implemented to desired mass, momentum and energy equations as an efficient instrument for predicting the behavior of the flow field. In this work, using the explicit, implicit and Crank-Nicolson methods, the fluid flow parameters in a natural circulation experimental test loop are obtained and the sensitivity of solving approaches are discussed. In this way, at first, the steady state and transient results from explicit are obtained and compared with experimental data. The implicit and crank-Nicolson scheme is investigated in next steps and in subsequent this research is focused on the numerical aspects of instability prediction for these schemes. In the following, the assessment of the flow behavior with coarse and fine mesh sizes and time-steps has been reported and the numerical schemes convergence are compared. For more detail research, the natural circulation of fluid was modeled by ANSYS-CFX software and results for the experimental loop are shown. Finally, the stability map for rectangular closed loop was obtained with employing the Nyquist criterion.
Flow and thermal characteristics of cooling system for the robot controller were numerically as well as experimentally investigated. To obtain the overall flows within controller, the system level solutions were analysed at first and then the board level solutions were pursued to understand the detailed flow and temperature fields near the main board which have a significant influence on the cooling of electronic components. The evaluation for a performance of the heat exchanger was conducted on the basis of the obtained flow and temperature patterns. The results showed that the heat exchanger made a small contribution to the cooling of controller and caused an increase of the temperature in CPU.
This work presents a numerical analysis of two-phase natural circulation flow in reactor cavity under external vessel cooling. Steady, incompressible, three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations for multiphase flows with zero equation turbulence model are solved to predict the shear key effect on the circulation rate of cooling water and the distribution of void fraction according to the different mass flow of inlet air. Results show that shear key has a positive effect on the circulation rate of cooling water and induce a local increase of void fraction below the shear key, but not remarkably.
The canned motor of 3-phase induction is used for main coolant pump(MCP). The type of motor is canned-motor that stator and rotor are welded by sealed can. So, cooling water flows in the air gap of the canned motor as an independent cycling cooling system from the air gap to yoke of the motor to prevent high temperature of stator can and to lubricate bearing. Heat exchange is occurred between cooling water in the air gap and cooling water from the exterior pump to prevent rising of temperature in the motor. I has to analyze the characteristics of can exactly because the loss and the heat in the can are very important to design MCP. Therefore, thermal analysis is studied considering the effect of eddy-current los induced in the can.
In recent years, hot-stamped components are more increasingly used in the automotive industry in order to reduce weight and to improve the strength of vehicles. In hot stamping process, blank is hot formed and press hardened in a tool. However, in hot stamping without cooling channel, temperature of the tool increases gradually in mass production thus cannot meet the critical cooling rate to obtain high strength over 1500MPa. Warpage occurs in the hot stamped component due to non-uniform stress state caused by unbalanced cooling. Therefore, tools should be uniformly as well as rapidly cooled down by the coolant which flows through cooling channel. In this paper, optimal design method of cooling channel to obtain uniform and high strength of the component is proposed. Optimized cooling channel is applied to the hot press V-bending process. As a result of measuring strength, hardness and microstructure of the hot formed parts, it is known that the design methodology of cooling channel is effective to the hot stamping process.
Due to the demand of the cold neutron flux in the neutron science and beam utilization technology, the cold neutron source (CNS) has been constructed and operating in the nuclear research reactor all over the world. The majority of the heat load removal scheme in the CNS is two-phase thermosiphon using the liquid hydrogen as a moderator. The CNS moderates thermal neutrons through a cryogenic moderator, liquid hydrogen, into cold neutrons with the generation of the nuclear heat load. The liquid hydrogen in a moderator cell is evaporated for the removal of the generated heat load from the neutron moderation and flows upward into a heat exchanger, where the hydrogen gas is liquefied by the cryogenic helium gas supplied from a helium refrigeration system. The liquefied hydrogen flows down to the moderator cell. To keep the required liquid hydrogen stable in the moderator cell, the CNS consists of an in-pool assembly (IPA) connected with the hydrogen system to handle the required hydrogen gas, the vacuum system to create the thermal insulation, and the helium refrigeration system to provide the cooling capacity. If one of systems is running out of order, the operating research reactor shall be tripped because the integrity of the CNS-IPA is not secured under the full power operation of the reactor. To prevent unscheduled reactor shutdown during a long time because the research reactor has been operating with the multi-purposes, the introduction of the standby cooling system (STS) can be a solution. In this presentation, the design considerations are considered how to design the STS satisfied with the following objectives: (a) to keep the moderator cell less than 350 K during the full power operation of the reactor under loss of the vacuum, loss of the cooling power, loss of common electrical power, or loss of instrument air cases; (b) to circulate smoothly helium gas in the STS circulation loop; (c) to re-start-up the reactor within 1 hour after its trip to avoid the Xenon build-up because more than certain concentration of Xenon makes that the reactor cannot start-up again; (d) to minimize the possibility of the hydrogen-oxygen reaction in the hydrogen boundary.
The present study investigates convective heat/mass transfer and flow characteristics inside a cooling passage of rotating gas-turbine blades. The rotating duct has staggered ribs with $70^{\circ}$ attack angle, which are attached on leading and trailing surfaces. Naphthalene sublimation technique is employed to determine detailed local heat transfer coefficients using the heat and mass transfer analogy. Additional numerical calculations are conducted to analyze the flow patterns in the cooling passage. The present experiments employ two-surface heating conditions in the rotating duct because the exposed surfaces to hot gas stream are pressure and suction side surfaces in the middle passages of an actual gas-turbine blade. Secondary flows are generated by Coriolis and centrifugal forces in the spanwise and streamwise directions. The ribs attached on the walls disturb the mainflow resulting in recirculation and secondary flows near the ribbed wall. The local heat transfer and flow patterns in the passage are changed significantly according to rib configurations and duct rotation speeds. Therefore, the geometry and arrangement of the ribs are important for the advantageous cooling performance. The experimental results show that the ribs enhance the heat transfer more than $70\%$ from that of the smooth duct. The duct rotation generates the heat transfer discrepancy between the leading and trailing walls due to the secondary flows induced by the Coriolis force. The overal heat transfer pattern on the leading and trailing walls for the first and second passes are depended on the rotating speed, but the local heat transfer trend is affected mainly by the rib arrangements.
This paper presents a liquid cooling concept for heat rejection of high power electronic devices existing in notebook computers etc. The design, fabrication, and performance of the planar ECF pump and farced-liquid cooling system are summarized. The electro-conjugate fluid (ECF) is a kind of dielectric and functional fluids, which generates jet flows (ECF-jets) by applying static electric field through a pair of rod-like electrodes. The ECF-jet directly acts on the working fluid, so the proposed planar ECF pump needs no moving part, produces no vibration and noise. The planar ECF pump, consists of a pump housing and electrode substrate, achieves maximum flow rate and output pressure of $5.5\;cm^3/s$ and 7.2 kPa, respectively, at an applied voltage of 2.0 kV. The farced-liquid cooling system, constructed with the planar ECF pump, liquid-cooled heat sink and thermal test chip, removes input power up to 80 W keeping the chip surface temperature below $70\;^{\circ}C$. The experimental results demonstrate that the feasibility of forced-liquid cooling system using ECF is confirmed as an advanced cooling solution on the next-generation high power electronic devices.
막냉각은 재생냉각채널을 통과하는 추진제의 일부를 연소실 벽면으로 선회 분사하여 연료 과잉 혼합층을 형성함으로서, 벽면 열유속을 감소시키는 효과적인 냉각 방식이다. 본 연구에서는 초임계 압력 조건하에서 분사되는 케로신 막냉각이 재생냉각 연소기 내부의 연소와 냉각 특성에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 해석모델을 개발하였으며, 실제 연소기 시제품에 대한 연소시험 결과와 비교하였다. 지속적인 모델의 개선을 통해 향후 냉각설계안에 따른 성능, 냉각, 압력손실, 그리고 무게 등과 같은 상반된 요구조건을 종합적으로 비교/분석하는 설계도구로 활용될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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