Bak, Jeong-Gyu;Cho, Jinsoo;Lee, Seawook;Kang, Young Seok
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.1
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pp.8-19
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2016
This paper investigates the effects of inlet turbulence conditions and near-wall treatment methods on the heat transfer prediction of gas turbine vanes within the range of engine relevant turbulence conditions. The two near-wall treatment methods, the wall-function and low-Reynolds number method, were combined with the SST and ${\omega}RSM$ turbulence model. Additionally, the RNG $k-{\varepsilon}$, SSG RSM, and $SST_+{\gamma}-Re_{\theta}$ transition model were adopted for the purpose of comparison. All computations were conducted using a commercial CFD code, CFX, considering a three-dimensional, steady, compressible flow. The conjugate heat transfer method was applied to all simulation cases with internally cooled NASA turbine vanes. The CFD results at mid-span were compared with the measured data under different inlet turbulence conditions. In the SST solutions, on the pressure side, both the wall-function and low-Reynolds number method exhibited a reasonable agreement with the measured data. On the suction side, however, both wall-function and low-Reynolds number method failed to predict the variations of heat transfer coefficient and temperature caused by boundary layer flow transition. In the ${\omega}RSM$ results, the wall-function showed reasonable predictions for both the heat transfer coefficient and temperature variations including flow transition onset on suction side, but, low-Reynolds methods did not properly capture the variation of the heat transfer coefficient. The $SST_+{\gamma}-Re_{\theta}$ transition model showed variation of the heat transfer coefficient on the transition regions, but did not capture the proper transition onset location, and was found to be much more sensitive to the inlet turbulence length scale. Overall, the Reynolds stress model and wall function configuration showed the reasonable predictions in presented cases.
The natural convection and combined heat transfer induced by fire in a rectangular enclosure is numerically studied. The model for this numerical analysis is partially opened right wall. The solution procedure includes the standard k-$\varepsilon$ model for turbulent flow and the discrete ordinates method (DOM) is used for the calculation of radiative heat transfer equation. In numerical study, SIMPLE algorithm is applied for fluid flow analysis, and the investigations of combustion gas induced by fire is performed by FAST model of HAZARD I program. In this study, numerical simulation on the combined naturnal convection and radiation is carried out in a partial enclosure filled with absorbed-emitted gray media, but is not considered scattering problem. The streamlines, isothermal lines, average radiation intensity and kinetic energy are compared the results of pure convection with those of the combined convection-radiation, the combined heat transfer. Comparing the results of pure convection with those of the combined convection-radiation, the combined heat transfer analysis shows the stronger circulation than those of the pure convection. Three different locations of heat source are considered to observe the effect of heat source location on the heat transfer phenomena. As the results, the circulation and the heat transfer in the left region from heating block are much more influenced than those in the right region. It is also founded that the radiation effect cannot be neglected in analyzing the building in fire. And as the results of combustion gas analysis from FAST model, it is found that O2 concentration is decreased according to time. While CO and CO2 concentration are rapidly increased in the beginning(about 100sec), but slowly decreased from that time on.
Kim, Tea-Kuk;Yoon, Kyung-Beom;Min, Dong-Ho;Chang, Hee-Chul;Kim, Jin-Soo
한국연소학회:학술대회논문집
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2006.10a
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pp.79-85
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2006
Radiative heat transfer is very important in many combustion systems since they are operated in high temperature. Fluid flows in most of the combustion systems are turbulent to promote fast mixing of the hydrocarbon fuel and oxidant. Major combustion products are $CO_2$ and $H_2O$. The turbulent flow is modeled by using the standard ${\kappa}-{\epsilon}$ model and the radiation transfer is modeled by using the discrete ordinates method where the radiative gas properties are calculated by using the weighted sum of gray gases model with a gray gas regrouping(WSGGM-RG). Effect of the radiation on the combustion characteristics in a three-dimensional rectangular enclosure is studied by changing the equivalence ratio. Results show that the radiation plays a significant role on the heat transfer in the combustion systems by resulting in a temperature drop of 16% as compared to that obtained without radiation. The equivalence ratio also affects the combustion by different contribution of the radiative transfer with different gas compositions.
Reduction reactivity and carbon deposition characteristics of three oxygen carrier particles(OCN01, OCN02, OCN03) have been investigated by using hydrogen, methane, syngas, and natural gas as fuels. For all particles, the maximum conversion, the oxygen transfer capacity, and the degree of carbon deposition increased as the reactive carbon contents increased. The reduction rate and the oxygen transfer rate increased as the moles of required oxygen per input gas increased. The change of maximum conversion, reduction rate, oxygen transfer capacity, oxygen transfer rate and degree of carbon deposition for different fuels can be explained consistently by using parameters such as the reactive carbon contents and the moles of require oxygen per input gas.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1994.04a
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pp.51-52
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1994
High permeability, selectivity and stability are the basic properties also required for membrane gas separations. The $CO_2$ separation by liquid membranes has been developed as a new technique to improve the permeability and selectivity of polymeric membranes. Sirkar et al.(1) have atlempted the hollow-fiber contained liquid membrane technique under four different operational modes, and permeation models have been proposed for all modes. Compared to a conventional liquid membrane, the diffusional resistance decreased by the work of Teramoto et al.(2), who referred to a moving liquid membrane. Recently, Shelekhin and Beckman (3) considered the possibility of combining absorption and membrane separation processes in one integrated system called a membrane absorber. Their analysis could be predicted effectively the performance of flat sheet membrane, however, there are restrictions for considering a flow effect. The gas absorption rate is determined by both an interfacial area and a mass transfer coefficient. It can be easily understood that although the mass transfer coefficients in hollow fiber modules are smaller than in conventional contactors, the substantial increase of the interfacial area can result in a more efficient absorber (4). In order to predict a performance in the general system of hollow-fiber membrane absorber, a gas-liquid mass transfor should be investigated inevitably. The influence of liquid velocity on both a mass transfer and a performance will be described, and then compared with experimental results. A present study is attempted to provide the fundamentals for understanding aspects of promising a hollow-fiber membrane absorber.
A heat transfer correlation to predict the vaporization of a water droplet in highly superheated steam during a loss-of-coolant accident(LOCA) of a nuclear power plant is provided. Vaporization of liquid fuel or water droplets in superheated air or steam and subsequent interface heat transfer between a liquid droplet and superheated gas is typically correlated by way of a Nusselt number as a function of Reynolds number, Prantl number, and in some cases including mass transfer number. Presently available correlations and experimental data of the evaporation of liquid droplets in air or steam are analyzed and a new Nusselt number correlation is proposed taking Schmidt number into consideration in order to account for binary diffusion of the vapor as well, Nu$\_$f/(1+B)$\^$0.7/=2+0.53Sc$\_$f/$\^$-1/5/Re$\_$M/$\^$$\sfrac{1}{2}$/Pr$\_$f/$\^$$\sfrac{1}{3}$/ for which properties are evaluated at film condition except the density of Reynolds number evaluated at ambient condition. Diverse correlations for various combinations of liquid and gas species are put into single equation. The blowing correction factor of (1+B)$\^$0.7/ is confirmed appropriate, and a criterion to distinguish so-called high- and low-temperature condition of ambient gas is set forth.
Reduction reactivity and carbon deposition characteristics of mass produced oxygen carrier particle(OCN-650) have been investigated by using hydrogen, methane, syngas, and natural gas as fuels. For all fuels, the maximum conversion and oxygen transfer capacity increased as the temperature increase. The reduction rate and the oxygen transfer rate increased as the temperature increase for methane. However, those values showed maximum at 900$^{\circ}C$ for hydrogen, syngas, and natural gas. To explain consistently the change of maximum conversion, reduction rate, oxygen transfer capacity, oxygen transfer rate and degree of carbon deposition for different fuels, new parameters such as reactive carbon contents and require oxygen per input gas were adopted.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.12
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pp.984-991
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2006
The applications of multi air-conditioners into multiplex and high-rise buildings have been increased by replacing central air-conditioning systems. The pipe length and altitude difference between the indoor and outdoor units can be increased based on installation conditions, which may increase the possibility of flash gas generation at the expansion device inlet. The flash gas generation causes rapid reduction of refrigerant flow rate passing through the expansion device, yielding lower system efficiency. Accumulator heat exchangers have been widely used in multi air-conditioners in order to minimize flash gas generation and obtain system reliability. However, the studies on the heat transfer characteristics and pressure drops of accumulator heat exchangers are very limited in open literature. In this study, the heat transfer rates and pressure drops of accumulator heat exchangers were measured with refrigerant flow rate and operating conditions by using R-22. The heat transfer rate increased with the increase of refrigerant flow rate, while subcooling decreased. The heat transfer rate enhanced with the reduction of inlet superheat and subcooling due to the increased temperature difference between the accumulator and inner heat exchanger.
Copper concentrate particles were fed from the top of vertical reaction tube of 2.8 cm ID and 65 cm long with an $O_2$-$N_2$ gas mixture. The reaction tube was heated to 1000 K to 1400 K. The copper concentrate particles were very rapidly oxidized and melted down during their descent in the reaction tube. The particle temperature were calculated by combining an unreacted core model, mass transfer between gas and particles, and heat transfer between gas, particles and tube wall. The particle temperature reached its maximum at the height of 20 to 30 cm from the top of the reaction tube, and it attained about 1700 K at higher oxy-gen partial pressure. The most particles were melted at the oxygen partial pressure above 0.2 atm.
Lee Kang-Yeop;Kim Hyung-Mo;Han Yeoung-Min;Lee Soo-Yong
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2002.05a
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pp.71-78
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2002
All modem, aerospace gas turbines must operate with hot stage gas temperature several hundreds of degrees hotter than the melting temperatures of the materials used in their construction. Complicated cooling schemes need to be employed in the combustor walls and In the high pressure turbine stages. Internal passages are cast or machined into the hot sections of aero-gas turbine engines and air from the compressor is used for cooling. In many cases, the cooling system is engineered to utilize jets of high velocity air, which impinge on the internal surfaces of the components. They are divided by Impinging cooling method and Vortex cooling method. Specially, Research of new cooling system(Vortex cooling method) that overcome inefficiency of film cooling and limitation of space. The focus of new cooling system that improve greatly cooling efficiency using quantity's cooling air which is less is set in surface heat transfer elevation. Therefore, In this study, the numerical analysis have been performed for characteristic of flow and thermal in the swirl chamber and compared with the flow field measurement by LDV. especially, for understanding of high heat transfer efficiency in vicinity of wall. we considered flow structure and mechanism of vortex and heat transfer characteristic in variation of Reynolds number.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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