Turbulent jet in a crossflow, issuing from a row of holes on a convex surface of 90 .deg. bend duct, is predicted by a 3-dimensional numerical method. The Cartesian coordinate system in adopted in upstream and downstream tangents and the cylindrical polar coordinate system in curved region. The Reynolds stresses and heat fluxes are obtained from a standard k-e model in the core region and van Driest model in the vicinity of the wall. The governing equations are discretized by a finite volume method and solutions are obtained by a locally elliptic calculation procedure. Pressure and convective terms are treated by SIMPLE algorithm and hybrid scheme respectively. A vortex initially induced by the injected jet has been built up due to the interaction with the secondary flow caused by pressure gradient and centrifugal force. The vortex structure has a strong influence on the wall cooling effectiveness. Another vortex like horseshoe is formed in the vicinity of the injection hole and its strength is getting weak as it moves downward.
Numerical analyses have been performed to estimate the absorption heat and mass transfer coefficients in absorption process of the LiBr aqueous solution and the total heat and mass transfer rates in a vertical tube absorber which is coolING ed by air. Axisymmetric cylindrical coordinate system was adopted to model the circular tube and the transport equations were solved by the finite volume method. Absorption behaviors of heat and mass transfer were analyzed through falling film of the LiBr aqueous solution contacted by water vapor in tube. Effects of film Reynolds number on heat and mass transfer coefficients have been also investigated. Especially, effects of tube diameter have been considered to observe the total heat and mass transfer rates through falling film along the tube. Based on the analysis it has been found that the total mass transfer rate increases rapidly in a region with low film Reynolds number(10 ~ 40) as the film Reynolds number increases, while decreases beyond that region. The total heat and mass transfer rates increase with increasing the tube diameter.
The effect of surrounding air velocity on the soot deposition process from a diffusion flame to a solid wall was investigated in a microgravity environment to attain in-situ observations of the process. An ethylene($C_2H_4$) diffusion flame was formed around a cylindrical rod burner in surrounding air velocity of $v_{air}$=2.5, 5, and 10 cm/s with oxygen concentration of 35 % and wall temperature of 300 K. Laser extinction was adopted to determine the soot volume fraction distribution between the flame and burner wall. The experimental results show that the soot particle distribution region moves closer to the surface of the wall with increasing surrounding air velocity. A numerical simulation was also performed to understand the motion of soot particles in the flame and the characteristics of the soot deposition to the wall. The results successfully predicted the differences in the motion of soot particles by different surrounding air velocity near the burner surface and are in good agreement with observed soot behavior in microgravity. A comparison of the calculations and experimental results led to the conclusion that a consideration of the thermophoretic effect is essential to understand the soot deposition on walls.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제9권1호
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pp.3-6
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2008
Electrical discharge machining (EDM) is one of the most widespread nonconventional machining processes. Recently, a low-power micro-EDM process was introduced using a cylindrical electrode. Since its development, micro-EDM has been applied effectively to micromachining, and because the device setup for this process is simple, it is suitable for a microfactory that minimizes machines to fabricate small products economically in one system. In the EDM process, however, the electrode is also removed along with the workpiece. Therefore, the electrode shape and length vary as machining progresses. In this paper, a control method using a high speed realtime voltage measurement is proposed to regulate the rate and amount of material removed. The proposed method is based on the assumption that the volume of the workpiece removed in a single discharge pulses is nearly constant. The discharge pulses are monitored and controlled to regulate the amount of material removed. For this purpose, we developed an algorithm and apparatus for counting the number of discharge pulses. Electrode wear compensation using pulse number information was applied to EDM milling in a microfactory, in which a slight tilt of the workpiece may occur. The proposed control method improves the machining quality and efficiency by eliminating the inaccuracies caused by electrode wear and workpiece tilt.
The characteristic of constant volume micro combustor was investigated experimentally. The shape of micro combustor was cylindrical and has row aspect ratio or has relatively large diameter compared with chamber height. Diameter and chamber height was varied to investigate the geometric effect of combustor on the flame propagation. Diameter of 15 mm and 7.5 mm was designed while chamber height was designed to be 1mm, 2mm, and 3mm. The effect of initial pressure was also investigated parametrically from 1bar to 3bar. The gas used in this study was stoichiometric mixture of methane and air. The maximum pressure achieved in down scaled combustors was lower than that of conventional combustor because heat loss to wall was dominant as expected. The maximum pressure responded favorably with the change of height of combustor and the initial pressure, the maximum pressure was also increased. The flame propagation was possible when the specific condition was satisfied. Although the quenching distance of stoichiometric mixture of CH4 and Air is 2.5 mm, the flame could propagate even under quenching distance as the initial pressure increased.
This paper presents a numerical study on the constrained melting of a phase change material inside various capsule containers, using water and HDPE (High Density Polyethylene) as a PCM and a capsule material, respectively. The computations are based on an iterative, finite-volume numerical procedure that incorporates a single-domain enthalpy formulation for simulation of the phase change phenomenon. Using the enthalpy method, various capsule configurations, such as a capsule from E company, an isochoric cylinder capsule, an equivalent diameter sphere capsule, and an isochoric sphere capsule, are used to investigate the effect of capsule configurations on the charging and discharging performance. A transient three-dimensional model is used for each case. The simulation results show that the capsule from E company results in a higher melting and solidification rate of the PCM, than the other capsule configurations considered in this research.
The three-dimensional spatial structures of impeller flow created by a six bladed Rushton turbine have identified based on the volumetric velocity information from multi-plane stereoscopic PIV measurements. A total of 10 planes with 2 mm space and a 50 mm by 64 mm size of the field of view were targeted. To reduce the depth of focus, we adopted an angle offset configuration which satisfied the Scheimpflug condition. The distortion compensation procedure was utilized during the in situ calibration. Phase-locked instantaneous data were ensemble averaged and interpolated in order to obtain mean 3-D. volumetric velocity fields on a 60 degree sector of a cylindrical ring volume enclosing the turbine blade. Using the equi-vorticity surface rendering, the spatial structure of the trailing vortices was clearly demonstrated. Detail flow characteristics of the radial jet reported in previous studies of mixer flows were easily identified.
A numerical simulation of flame propagation in a micro combustor was carried out. Combustor has a sub -millimeter depth cylindrical internal volume and axisymmetric one-dimensional was used to simplify the geometry. Semi-empirical heat transfer model was used to account for the heat loss to the walls during the flame propagation. A detailed chemical kinetics model of $H_2/Air$ with 10 species and 16 reaction steps was used to calculate the combustion. An operator-splitting PISO scheme that is non-iterative, time-dependent, and implicit was used to solve the system of transport equations. The computation was validated for adiabatic flame propagation and showed good agreement with existing results of adiabatic flame propagation. A full simulation including the heat loss model was carried out and results were compared with measurements made at corresponding test conditions. The heat loss that adds its significance at smaller value of combust or height obviously affected the flame propagation speed as final temperature of the burnt gas inside the combustor. Also, the distribution of gas properties such as temperature and species concentration showed wide variation inside the combustor, which affected the evaluation of total work available of the gases.
Combustion phenomena in a sub-millimeter scale combustor have been investigated. To evaluate scale effect on flame propagation characteristics, a cylindrical combustion chamber with variable depth was built in-house. The combustor was charged with premixed gas of hydrogen and air and ignited electronically. A piezo electric pressure transducer recorded transient pressure after the ignition. Measurements were made at different test conditions specified with chamber depth and initial pressure as parameters. Visual observation was made through a quartz glass window on top side of the combustion chamber using high speed digital video camera. From the pressure data, available work was estimated and compared with energy input required for stable ignition. The preliminary results suggested that the net thermal energy release is sufficient to generate power and enables a combustor of the size in the present study to be used as the energy source of a micro power devices .
Kim, Hyun-Hoo;Oh, Jin-Heon;Yoon, Jae-Hun;Jeong, Eui-Hwan;Lim, Kee-Joe
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제11권2호
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pp.65-68
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2010
The operation principle of a traveling wave rotary type ultrasonic motor can be successfully applied to the fluidic transfer mechanism of the micro-pump. This paper proposes an innovative valveless micro-pump type that uses an extensional vibration mode of a traveling wave as a volume transportation means. The proposed pump consists of coaxial cylindrical shells that join the piezoelectric ceramic ring and metal body, respectively. In order to confirm the actuation mechanism of the proposed pump model, a numerical simulation analysis was implemented. In accordance with the variations in the exciting wave mode and pump body dimension, we analyzed the vibration displacement characteristics of the proposed model, determined the optimal design condition, fabricated the prototype pump from the analysis results and evaluated its performance. The maximum flow rate was approximately $595\;{\mu}L/min$ and the highest back pressure was 0.88 kPa at an input voltage of $130\;V_{rms}$. We confirmed that the peristaltic motion of the piezoelectric actuator was effectively applied to the fluid transfer mechanism of the valveless type micro pump throughout this research.
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