The influence of eccentric(=staggeredness) ratio between stationary upstream circular cylinders on heat transfer characteristics of a heated downstream circular cylinder installed in a channel was investigated experimentally. In order to enhance the heat transfer rate of the heated downstream cylinder surface, we have changed the configuration of upstream cylinder. As a result, we were able to obtain local time-averaged convective heat transfer enhancement of the heated cylinder by the relative replacement of upstream cylinder. This is basically attributed to the mean flow structure change, such as flow separation, vortex shedding, and recirculation of the upstream cylinder including the reattachment and new thermal boundary developed at the downstream cylinder which are the results of the increase of the staggeredness ratio.
The effects of thermal stratification on the flow of a stratified fluid past a heated circular cylinder were examined in a wind tunnel. Turbulent intensities, rms values of temperature and turbulent convective heat flux distributions in the heated cylinder wake with and without thermal stratification were measured by using a hot-wire and cold-wire combination probe. A phase averaging method was also used to estimated coherent motion in the near wake. It is found that the vertical turbulent motion in the stably stratified flow case dissipates faster than that of the neutral case, i.e., vertical growth of vortical structure is suppressed under the strongly stratified condition. The coherent motion of temperature makes a large contribution like velocity coherent motion. However, the coherent motions of temperature fluctuation become very different with the change of experimental conditions, though the velocity coherent motions are quite similar in all experimental conditions.
Sharma, Swati;Maiti, Dilip K.;Alam, Md. Mahbub;Sharma, Bhupendra K.
Wind and Structures
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제29권1호
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pp.65-75
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2019
A heated square cylinder (with height $A^*$) is kept parallel to the cold wall at a fixed gap height $0.5A^*$ from the wall. Another adiabatic rectangular cylinder (of same height $A^*$ and width $0.5A^*$) is placed upstream in an inline tandem arrangement. The spacing between the two cylinders is fixed at $3.0A^*$. The inlet flow is taken as Couette-Poiseuille flow based non-linear velocity profile. The conventional fluid (also known as base fluid) is chosen as water (W) whereas the nanoparticle material is selected as $Al_2O_3$. Numerical simulations are performed by using SIMPLE algorithm based Finite Volume approach with staggered grid arrangement. The dependencies of hydrodynamic and heat transfer characteristics of the cylinder on non-dimensional parameters governing the nanofluids and the fluid flow are explored here. A critical discussion is made on the mechanism of improvement/reduction (due to the presence of the upstream cylinder) of heat transfer and drag coefficient, in comparison to those of an isolated cylinder. It is observed that the heat transfer increases with the increase in the non-linearity in the incident velocity profile at the inlet. For the present range studied, particle concentration has a negligible effect on heat transfer.
본 연구에서는 $6Ra=10^6$ 일 때, 사각 밀폐계 내부에 고온의 원형 실린더가 존재하는 자연대류에 대한 수치해석을 수행하였다. 밀폐계는 상부 벽면을 통해 냉각되고 양측 벽면과 고온의 국소 영역을 제외한 하부 벽면은 단열 조건이다. 하부 벽면에서 고온 영역이 차지하는 비를 w 로 정의 하였다. 반경이 밀폐계 한 변의 길이의 0.2 배인 원형 실린더를 구현하기 위해 유한체적법(FVM)에 기초한 가상 경계법(IBM)을 사용하였다. 본 연구에서는 w 가 고온의 원형 실린더를 갖는 밀폐계 내부의 자연대류에 미치는 영향을 $10^6$의 Rayleigh 수에 대해 2 차원 해를 구하였다. $10^6$의 Rayleigh 수에서는 유동장과 온도장은 시간에 따라 변하는 특성을 보였다.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권4호
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pp.382-393
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2016
Flow over a bluff body is an attractive research field in thermal engineering. In the present study, laminar flow over a confined heated square cylinder using CuO-Water nanofluid is considered. Unsteady two-dimensional Navier-Stokes and energy equations are solved numerically using finite volume method (FVM). Recent correlations for the thermal conductivity and viscosity of nanofluids, which are function of nanoparticle volume fraction, temperature and nanoparticle diameter, have been employed. The results of numerical solution are obtained for Richardson number, nanoparticle volume fractions and nanoparticle diameters ranges of 0-1, 1-5% and 30-100 nm respectively for a fixed Reynolds number of Re = 150. At a given volume concentration, the investigations reveal that the decreasing in size of nanoparticles produces an increase in heat transfer rates from the square cylinder and a decrease in amplitude of the lift coefficient. Also, the increment of Nusselt number is more pronounced at higher concentrations and higher Richardson numbers.
Series expansion is applied to solve the laminar boundary layer equations for the problem of natural convection from vertical cylinder with uniform surface heat flux. The series in terms of transverse curvature parameter ${\xi}$ is extended to five terms and is well converged by applying the Shanks transform twice. In case of natural convection from a vertical cylinder heated with uniform surface heat flux, it is possible to consider the vertical cylinder as vertical plate under the condition of D/L${\geq}$A/$(Gr_L^*)^{1/5}$, where A is in the range of 5.7~55.2. Also, mean Nusselt number ${\overline{Nu_L}}$ can be represented as $C_1(Ra_L^*)^{1/5}$, where $C_1$ is a constant which depends on Pr and is in the range of 0.5~0.8.
The effects of thermal stratification on the flow past a heated circular cylinder with various heating rates were examined in a wind tunnel. Turbulent intensities, r.m.s.values of temperature and turbulent convective heat flux distributions in the cylinder wakes with and without thermal stratification were measured by using a hot-wire and cold-wire combination probe. The phase averaging method was also used to estimate coherent contributions to the turbulent flow field in the near wake. The results show that the scalar mixing process is very different according to the mean temperature fields especially in the upper part of the wake. The coherent structure of the temperature field makes a large contribution to the time mean value like velocity components. However, the coherency of the temperature fluctuation is very different with the change of mean temperature fields, though the velocity coherent motions are quite similar in all experimental conditions.
The Tunnel Form(T/F) system instead of traditional euro form has been tried to reduce construction duration and to improve concrete quality in reinforced concrete wall type apartment construction. To find the relationship for concrete compressive strength between cylinder mold and slab, the different curing locations of concrete cylinder mold in the room have been investigated. The test results showed that the compressive strength of the cylinder concrete with middle-upper location in the room was most near concrete compression strength with respect to slab concrete strength.
The process of papermaking involves water removal on the paper machine wire, in the press section and in the dryer section. In the dryer section, liquid water in the wet web is removed mainly by evaporation. In conventional machine this is achieved by passing the web over a number of steam heated dryer rolls. A drying process of paper on a heated cylinder roll calculated based on a 1-dimensional model which concerns unsteady heat and mass transfer in the direction of paper thickness. In this study, Prediction of moisture contents average paper sheet temperature and volume fraction along a series of cylinder. Independently, developed models is compared using the same reference data. The model is implemented in CFD code, FLUENT, using user-define-function(UDFs).
Moballa, Burniadi;Chern, Ming-Jyh;Odhiambo, Ernest
Interaction and multiscale mechanics
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제6권2호
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pp.211-235
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2013
An incompressible smoothed particle hydrodynamics (ISPH) method based on the incremental pressure projection method is developed in this study. The Rayleigh-B$\acute{e}$nard convection in a square enclosure is used as a validation case and the results obtained by the proposed ISPH model are compared to the benchmark solutions. The comparison shows that the established ISPH method has a good performance in terms of accuracy. Subsequently, the proposed ISPH method is employed to simulate natural convection from a heated cylinder in a square enclosure. It shows that the predictions obtained by the ISPH method are in good agreements with the results obtained by previous studies using alternative numerical methods. A rotating and heated cylinder is also considered to study the effect of the rotation on the heat transfer process in the enclosure space. The numerical results show that for a square enclosure at, the addition of kinetic energy in the form of rotation does not enhance the heat transfer process. The method is also applied to simulate forced convection from a circular cylinder in an unbounded uniform flow. In terms of results, it turns out that the proposed ISPH model is capable to simulate heat transfer problems with the complex and moving boundaries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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