Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.5
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pp.403-411
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2016
Usually shell and tube heat exchangers are employed to recover energy between fluids. Recently, numerous papers on these heat exchangers have been published; however, the velocity and temperature profiles or comparison of the features of the flow with or without inside tubes have rarely been described. In this research, experimental and numerical studies were carried out to investigate the characteristics of the flow around the spiral baffle plates without inside tubes in a horizontal circular tube using a particle image velocimetry method and ANSYS 14.0~15.0 version (Fluent). The results showed that swirling flow was produced between the spiral baffle plates. The tangential components were strong between the two spiral baffles; however, the axial or radial velocities components were indicating nearly zero. From the spiral motion in the space of the two baffles, it is considered that there were no dead zones between the spiral baffle.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.13
no.4
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pp.225-232
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2001
An experimental study is carried out to investigate the characteristics of heat transfer of outside helical tubes. The main heat exchanger consists of twelve curved columns with each 300mm diameter and the total length of 1.2m copper tube having an outer diameter of 19.05mm with 1.5mm thickness. Water flows down the outside of helical tube, where flow patterns are the vertical film falling flow, immerged flow, and mixed-flow which is the combination of film falling flow and immerged flow. Refrigerant 11 flow the inside of the tube countercurrently. The experimental range of inside flow rate is 1.7~3.2$\ell$/min and outside flow rate is 21-33$\ell$/min. The results are presented as Nusselt number with corresponding Reynolds number for variety of outside and inside flow rates. The heat transfer rates of the mixed flow are 8 to 56% higher than those of film falling flow or immerged flow only. Interpretation of the results is given on the basis of physical reasoning and the correlation equations.
In the past, several experimental investigations aiming at characterizing the natural circulation (NC) behavior in test facilities were carried out. They showed a variety of flow patterns characterized by an inverted U-shape of the NC flow curve versus primary mass inventory. On the other hand, attempts to reproduce such curves using thermal-hydraulic system codes, showed 10-30% differences between the measured and calculated NC mass flow rate. Actually, the used computer codes are generally based upon nodalization using single U-tube representation. Such model may not allow getting accurate simulation of most of the NC phenomena occurring during such tests (like flow redistribution and flow reversal in some SG U-tubes). Simulations based on multi-U-tubes model, showed better agreement with the overall behavior, but remain unable to predict NC phenomena taking place in the steam generator (SG) during the experiment. In the current study, the CATHARE code is considered in order to assess a NC characterization test performed in the four loops PKL facility. For this purpose, four different SG nodalizations including, single and multi-U-tubes, 1D and 3D SG inlet/outlet zones are considered. In general, it is shown that the 1D and 3D models exhibit similar prediction results up to a certain point of the rising part of the inverted U-shape of the NC flow curve. After that, the results bifurcate with, on the one hand, a tendency of the 1D models to over-predict the measured NC mass flow rate and on the other hand, a tendency of the 3D models to under-predict the NC flow rate.
The purpose of the present study is to measure the viscosity of liquid in the capillary tube viscometer using the unsteady flow concept. The capillary tube viscometer is consisted of a small cylindrical reservoir, capillary tubes, and the mass flow rate measuring system interfaced with computer. Two capillary tubes with 1.152 and 3.002 mm I.D. are used to determine the diameter effects on the viscosity measurements. The instantaneous shear rate and gravitational driving force in the capillary tube are determined by measuring the mass flow rate through the capillary tube instantaneously. The measured viscosities of water and aqueous Separan solution are in good agreement with the reported experimental data.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.12
no.4
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pp.192-197
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2004
A capillary tube, which is a common expansion device in small sized refrig-eration and air-conditioning systems, should be redesigned properly to establish an optimum operation cycle of a refrigerating system with alternative refrigerants. Based on experimental data for R-22, R-290, and R-407C, an empirical correlation is developed to predict mass flow rate through capillary tubes. Dimensionless parameters are derived from the Buckingham Pi theorem, considering the effects of operating conditions and capillary tube geometry on mass flow rate. Approximately $97\%$ of the present data are correlated within a relative deviation of $\pm\;10\%.$ The present correlation also predicts the data obtained from open literature within $\pm\;15\%.$ In addition, rating charts of refrigerant flow rate for R-12, R-22, R-134a, R-152a, R-407C, R-410A, R-290, and R-600a are developed.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.13
no.5
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pp.398-410
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2001
The flow and heat transfer characteristics for three-dimensional mixed convection flows in a radiator flat tube with U--shaped grooves are analyzed numerically. The flow and temperature fields are calculated by using the modified SIMPLE algorithm for irregular geometry. One tube specification among the various flat tube exchangers is recommended by considering the heat transfer and pressure drop. The effects of variation of coolant flow conditions and external air conditions on the flow and the thermal characteristics for the selected tube are investigated. the results show that inlet velocity of coolant flow is the very important factor in heat transfer and pressure drop, and top side is better position than the others as fin cleave to tube.
In this paper, works related to enhancement of the CHF are reviewed in terms of fundamental mechanisms and practical applications. Studies on CHF enhancement in forced convection are divided into two categories, CHF enhancement of internal flow in tubes and enhancement of CHF in the nuclear fuel bundle. Methods of enhancing the CHF of internal flows in tubes include enhancement of the swirl flow using twisted tapes, a helical coil, and a grooved surface; promotion of flow mixing using a hypervapotron; altering the characteristics of the heated surface using porous coatings and nano-fluids; and changing the surface tension of the fluid using additives such as surfactants. In the fuel bundle, mixing vanes or wire wrapped rods can be employed to enhance the CHF by changing the flow distributions. These methods can be applied to practical heat exchange systems such as nuclear reactors, fossil boilers, fusion reactors, etc.
Fluidelastic instability and nonlinear dynamics of tube bundles is a key issue in a steam generator. Especially, once the post-instability motion of the tube becomes larger than the clearance gap to other tubes, effective contact or impact between the tubes under consideration and the other tube inevitable. There is seldom theoretical analysis to the nonlinear dynamic characteristics of a tube array in two-phase flow. In this paper, experimental and numerical studies were utilized to obtain the critical velocity of the flow-induced instability of a rotated triangular tube array. The calculation results agreed well with the experimental data. To explore the post-instability dynamics of the tube array system, a Runge-Kutta scheme was used to solve the nonlinear governing equations of tube motion. The numerical results indicated that, when the flow pitch velocity is larger than the critical velocity, the tube array system is undergoing a limit cycle motion, and the dynamic characteristics of the tube array are almost similar for different void fractions.
The performance of vertical and horizontal tubes with extended surface of rectangular and triangular cross section was investigated theoretically for boiling heat transfer. A simple method for numerical program assuming one-dimensional heat flow was used to predict the performance of these extended surface tubes. The object of this study was to predict the effects of the height, thickness, numbers and, clearance of the extended surface on boiling heat transfer. The results showed that extended surfaces are quite effective as compared to plane surfaces especially near the bum-out point and to promote heat flux in boiling heat transfer.
A numerical study for three-dimensional laminar flow in the entrance region of helical tubes connected with straight ones is carried out to investigate the effects of Reynolds number, pitch and curvature ratio on the oscillation periods of the flow. The fully elliptic governing equations were solved by means of a finite volume method. The fully developed laminar flow boundary condition was applied at the straight tube inlet. This results cover a curvature ratio range of 1/10${\sim}$1/320, a pitch range of 0.0${\sim}$3.2, and a Reynolds number range of 62.5${\sim}$2000. A comparison is made with previous experimental correlations and numerical data. The developments of velocity, local and average friction factors are discussed. The average friction factors are oscillatory in the entrance region of helical pipes. It has been found that the angle required for the flow to be similarly developed is most affected by the curvature ratio. The pitch and Reynolds number do not have any significant effect on the angle. The characteristic angle ${\phi}_c(={\phi}/sqrt{\delta})$, or the characteristic length to diameter ratio $s_c(=l\sqrt{\delta} cos(atan{\lambda})/d)$, can be useful to represent the development of flow in helical tubes. As the pitch increases and as the curvature ratio and Reynolds number decrease, the amplitude and the number of flow oscillations along the main streamwise direction decrease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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