Turbulent flow and heat transfer to water at supercritical pressure flowing in vertical pipes is investigated using direct numerical simulation (DNS). A conservative space-time discretization scheme for variable-density flows at low Mach numbers is adopted in the present study to treat steep variations of fluid properties at supercritical pressure just above the thermodynamic critical point. The fluid properties at these conditions are obtained using PROPATH and used in the form of tables in the simulations. The buoyancy influence induced by strong variation of density across the pseudo-critical temperature proved to play an important role in turbulent flow and heat transfer at supercritical state. Depending on the degree of buoyancy influence, turbulent heat transfer may be enhanced or significantly deteriorated, resulting in local hot spots along the heated surface.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.10
no.4
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pp.15-24
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2014
This study conducted a computational fluid dynamics(CFD) analysis to find an appropriate diameter or sectional area of air ducts and fluid pipes which have an electromagnetic pulse(EMP) shied to protect indoor electronic devices in special buildings like military fortifications. The result shows that the optimized outdoor air intake size can be defined with either the ratio of the maximum air velocity in the supply duct to the air intake size, or the shape ratio of indoor supply diffuser to the outdoor air intake. In the case of water channel, the fluid velocity at EMP shield with the identical size of the pipe, decreases by 25% in average due to the resistance of the shield. The enlargement of diameter at the shield, 2 step, improves the fluid flow. It illustrated that the diameter of downstream pipe size is 1step larger than the upstream for providing the design flow rate. The shield increases friction and resistance, in the case of oil pipe, so the average flow velocity at the middle of the shield increase by 50% in average. In consideration of the fluid viscosity, the oil pipe should be enlarged 4 or 5 step from the typical design configuration. Therefore, the fluid channel size for air, water, and oil, should be reconsidered by the engineering approach when EMP shield is placed in the middle of channel.
In this paper, critical fluid velocity and frequency of laminated pipe conveying fluid are presented. Each layer of the pipe is reinforced by functionally graded carbon nanotubes (FG-CNTs). The internal fluid is assumed turbulent and the induced forces are calculated by momentum equations. The pipe is resting on viscoelastic foundation with spring, shear and damping constants. The motion equations are derived based on classical shell theory and energy method. Differential quadrature method (DQM) is used for solution and obtaining the critical fluid velocity. The effects of volume percent and distribution of CNT, boundary condition, lamina layer number, length to radius ration of pipe, viscoelastic medium and fluid velocity are shown on the critical fluid velocity. Results show that with increasing the lamina layer number, the critical fluid velocity increases.
Park, Jaehyun;Park, Heesung;Kim, Sootae;Kang, Gyuongmoo
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.6
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pp.35-40
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2016
In this study, the thermal and fluid dynamic characteristics for the coating process of large-sized water pipes was studied by heating the inside of a pipe directly with a gas burner. Heat and flow analyses were performed on large pipes with various inlet shapes. Using large pipes for coating was shown to be the proper shape for heating large pipes uniformly. This type has a screw with a diameter of 200 mm installed at the inlet to provide a rotational motion to the heating air. The rotational motion resulted in a uniform temperature distribution that ranged from $289.1^{\circ}C$ to $352.1^{\circ}C$ The optimized geometric configuration of the inlet of the pipe successfully and uniformly enhanced the thermal characteristics of the devised temperature limit.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2016.05a
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pp.386-390
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2016
Water aeration is an effective water treatment process, which involves the injection of air or air-water mixture into water treatment reservoir commonly through pipes. The main purpose of water aeration is to maintain healthy levels of dissolved oxygen (DO), which is the most important water quality factor. The pipes' operating conditions are important for controlling the efficiency and effectiveness of aeration process. Many studies have been conducted on two-phase flows in pipes, however, there are a few studies to deal with small s ale in millimeter. The main objective of this study is to perform 2-dimensional two-phase simulations inside various straight pipes using the computational fluid dynamic (CFD) OpenFOAM (Open source Field Operation And Manipulation) tools to examine the influence of flow patterns on bubble size, which is closely related to DO concentration in a water body. The both flow regimes, laminar and turbulence, have been considered in this study. For turbulence, Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) has been applied. The coalescence and breakage of bubbles caused by random collisions and turbulent eddies, respectively, are considered in this research. Sauter mean bubble diameter and water velocity are compared against experimental data. The simulation results are in good agreement with the experimental measurements.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.18
no.2
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pp.1-9
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2022
A novel steel-pipe energy pile is introduced, in which the deformed rebars for main reinforcing are replaced with steel pipes in a large diameter cast-in-place energy pile. Here, the steel pipes act as not only reinforcements but also heat exchangers by circulating the working fluid through the hollow hole in the steel pipes. Under this concept, the steel-pipe energy pile can serve a role of supporting main structures and exchanging heat with surrounding mediums without installing additional heat exchange pipes. In this study, the steel-pipe energy pile was constructed in a test bed considering the material properties of steel pipes and the subsoil investigation. Then, the thermal performance test (TPT) in cooling condition was conducted in the constructed energy pile to investigate thermal performance. In addition, the thermal performance of the steel-pipe energy pile was compared with that of the conventional large diameter cast-in-place energy pile to evaluate its applicability. As a result, the steel-pipe energy pile showed 11% higher thermal performance than the conventional energy pile along with much simpler construction processes.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.1
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pp.45-54
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1993
The reattachment lengths of the Non-Newtonian fluid are investigated in the sudden expansion pipes whose ratios are 2.316 and 3.368, and the range of the Reynolds numbers is 100-30000. The reattachment lengths for the viscoelastic fluid in the laminar flow region are found to be much shorter than those of the Newtonian fluid, and decrease significantly with the increase of the concentration of viscoelastic fluid is two or three times longer than those of water, and gradually increases with the increase of the concentration of viscoelastic fluid.
Kang, K. C.;Kim, Y. J.;Ryou, Y. S.;Baek, Y.;Rhee, K. J.
Journal of Biosystems Engineering
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v.25
no.6
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pp.489-496
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2000
This study was conducted in order to find an ideal working fluid kind and a proper filling amount in the heat pipe as well as an inclined angle of heat pipe when they are placed to recover exhaust gas heat in the hot air heater. Followings are the findings of this research. 1. Of the four different working fluids-gasoline kerosene distilled water and acetone-acetone filled heat pipe showed the best performance giving out more homogeneous temperature profile on the radiating part than the kerosene and gasoline heat pipe an carrying out heat transmitting function better than the distilled water heat pipe by 10~2$0^{\circ}C$ higher on the radiating part. Acetone would be a good choice for recycling of exhaust gas heat in the hot air heater. 2. Of the filling amount of working fluid inside the heat pipes dry-out situations possible caused by insufficient filling were found in the filling amount of 5, 7.5 and 10% heat pipes as heat supply rate increases gradually in the range of 50 to 15kJ/sec. but no dry-out and stabilized heat transmitting performance occurred in the heat pipes of 12.5 and 15% filling at the same heat supply rate. It recommends that filling amount shall exceed 12.5% at least with the working fluids of this experiment. 3. The test revealed that the heat transmitting performance of heat pipe was more affected by filling amount rather than inclined angle.
One-dimensional (1D) models of incompressible flows, can be of interest for many applications in which fast resolution times are demanded, such as fluid-structure interaction of flows in compliant pipes and hemodynamics. This work proposes a higher-order 1D theory for the flow-field analysis of incompressible, laminar, and viscous fluids in rigid pipes. This methodology is developed in the domain of the Carrera Unified Formulation (CUF), which was first employed in structural mechanics. In the framework of 1D modelling, CUF allows to express the primary variables (i.e., velocity and pressure fields in the case of incompressible flows) as arbitrary expansions of the generalized unknowns, which are functions of the 1D computational domain coordinate. As a consequence, the governing equations can be expressed in terms of fundamental nuclei, which are invariant of the theory approximation order. Several numerical examples are considered for validating this novel methodology, including simple Poiseuille flows in circular pipes and more complex velocity/pressure profiles of Stokes fluids into non-conventional computational domains. The attention is mainly focused on the use of hierarchical McLaurin polynomials as well as piece-wise nonlocal Lagrange expansions of the generalized unknowns across the pipe section. The preliminary results show the great advantages in terms of computational costs of the proposed method. Furthermore, they provide enough confidence for future extensions to more complex fluid-dynamics problems and fluid-structure interaction analysis.
This paper deals with the dynamic stability of nanocomposite pipes conveying pulsating ferrofluid. The pipe is reinforced by carbon nanotubes (CNTs) where the agglomeration of CNTs are considered based on Mori-Tanaka model. Due to the existence of CNTs and ferrofluid flow, the structure and fluid are subjected to axial magnetic field. Based on Navier-Stokes equation and considering the body forced induced by magnetic field, the external force of fluid to the pipe is derived. For mathematical modeling of the pipe, the first order shear deformation theory (FSDT) is used where the energy method and Hamilton's principle are used for obtaining the motion equations. Using harmonic differential quadrature method (HDQM) and Bolotin's method, the motion equations are solved for calculating the excitation frequency and dynamic instability region (DIR) of the structure. The influences of different parameters such as volume fraction and agglomeration of CNTs, magnetic field, structural damping, viscoelastic medium, fluid velocity and boundary conditions are shown on the DIR of the structure. Results show that with considering agglomeration of CNTs, the DIR shifts to the lower excitation frequencies. In addition, the DIR of the structure will be happened at higher excitation frequencies with increasing the magnetic field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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