Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.7
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pp.637-646
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2013
This study aims to numerically investigate the natural convection characteristics of a magnetic fluid in a cubic cavity. The governing equations of the magnetic fluid are solved using the Generalized-Simplified Marker and Cell Method (GSMAC). The natural convection and heat transfer characteristics of the magnetic fluid were analyzed by varying the intensity and direction of the magnetic field. As a result, it was found that the natural convection characteristics were controlled by the intensity and direction of the magnetic field, and the mean Nusselt numbers were minimized at a vertical intensity of H=-4000 and horizontal intensity of H=12000 of the magnetic field. In addition, the mean Nusselt numbers increased with the intensities of the magnetic field, regardless of the direction of the magnetic field.
A full-sized model for the horizontally oriented metal cask containing 21 spent fuel assemblies has been considered to evaluate the internal natural convection behavior within a dry shield canister (DSC) filled with helium as a working fluid. A variety of two-dimensional CFD numerical investigations using a turbulent model have been performed to evaluate the heat transfer characteristics and the velocity distribution of natural convection inside the canister. The present numerical solutions for a range of Rayleigh number values ($3{\times}10^6{\sim}3{\times}10^7$) and a working fluid of air are further validated by comparing with the experimental data from previous work, and they agreed well with the experimental results. The predicted temperature field has indicated that the peak temperature is located in the second basket from the top along the vertical center line by effects of the natural convection. As the Rayleigh number increases, the convective heat transfer is dominant and the heat transfer due to the local circulation becomes stronger. The heat transfer characteristics show that the Nusselt numbers corresponding to $1.5{\times}10^6$ < Ra < $1.0{\times}10^7$ are proportional to 0.5 power of the Rayleigh number, while the Nusselt numbers for $1.0{\times}10^7$ < Ra < $8.0{\times}10^7$ are proportional to 0.27 power of the Rayleigh number. These results agreed well with the trends of the experimental data for Ra > $1.0{\times}10^7$.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.3
no.1
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pp.26-33
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1991
An experimental study has been performed on the heat transfer by the natural convection from a conducting tube with two axial fins to a surrounding cylinder. In case of vertical fins, the maximum local Nusselt number of conducting tube appears at ${\theta}{\fallingdotseq}145^{\circ}$ and that of outer cylinder appears at ${\theta}=0^{\circ}$, for $l_F=0.3$. In case of horizontal fins, the maximum local Nusselt number of conducting tube appears at ${\theta}=180^{\circ}$ and that of outer cylinder appears at ${\theta}=0^{\circ}$. The local Nusselt number of the upper fin and the downward fin shows negative values for $l_F=1.0$. The local Nusselt number of the lower fin and the downward fin shows higher values than that of the upper fin and the upward fin. The mean Nusselt number of conducting tube in case of vertical fins are increased in order of $l_F=0.6$, 0.3, 1.0 and 0.0, but in case of horizontal fins, in order of $l_F=1.0$, 0.6, 0.3, and 0.0. The mean Nusselt number of outer cylinder in case of vertical fins are increased in order of $l_F=1.0$, 0.0, 0.3 and 0.6, but in case of horizontal fins, in order of $l_F=0.6$, 1.0, 0.3, and 0.0.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.8
no.4
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pp.561-575
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1996
The interaction of turbulent mixed convection and surface radiation in a three-dimensional channel with the heated blocks is analyzed numerically. Two blocks are maintained at high temperature and the other bottom and horizontal walls are insulated. S-4 method is employed to calculate the effect of the radiative heat transfer. The low Reynolds number k-$\varepsilon$ model proposed by Launder and Sharma is used to estimate the turbulent influence on the heat transfer enhancement. From above modeling, the effects of various channel specifications on the flow and heat transfer characteristics are investigated. The variables used for the present study are Reynolds number, block spacing, the channel height spacing for block and the emissivity. Average Nusselt numbers along the block surfaces are correlated and presented in terms of Reynolds number, emissivity and dimensionless geometric parameters. For the range of conditions in this study, average Nusselt numbers along the block surfaces are strongly influenced by the Reynolds numbers and channel height spacing for block but weakly influenced by the block spacing and the emissivity of the adiabatic walls.
Yoon, J.I.;Kim, J.D.;Kum, J.S.;Chu, M.S.;Kamata, Y.;Kato, T.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.9
no.2
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pp.104-111
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1997
The freezing phenomenon of saturated water with the supercooled region in a horizontal circular cylinder has been studied experimentally by using the holographic real time interferometry technique. From the experiments, it was found that there were three types of freezing patterns. The first is the annular ice layer growing from the cylinder surface at a high cooling rate; the next is the asymmetric ice layer at a moderate cooling rate; and the last is the instantaneous ice layer growth over the full region at lower cooling rate. As the water was coolde from room temperature to the subfreezing point passing through the density inversion point, the freezing pattern was largely affected by the inversion phenomenon, which had much effected the free convection and was susceptible to influences from the cooling rate. When the cooling rate is high, supercooling energy is released before the water is sufficientry mixed by free convection. On the other hand, when the cooling rate is low, there is much time for the water to be mixed by free convection. This seems to be the reason why the different ice layer growths occur.
This study investigated natural convection flow behavior in airflow path designed in concrete dry storage cask to remove the decay heat from spent nuclear fuels. Using FLUENT 16.1 code, thermal analysis for natural convection was carried out for three dimensional, 1/4 symmetry model under the normal condition that inlet ducts are 100% open. The maximum temperatures on other components except the fuel regions were satisfied with allowable values suggested in nuclear regulation-1536. From velocity and temperature distributions along the flow direction, the flow behavior in horizontal duct of air inlet and outlet duct, annular flow-path and bent pipe was delineated in detail. Theses results will be used as the theoretical background for the composing of airflow path for the designing of passive heat removal system by understanding the flow phenomena in airflow path.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.1
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pp.105-109
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1987
Artificial roughness as a means of improving heat transfer gains more interest, especially for application to various heat exchanger. This study present experimental information for single-phase free and force convection heat transfer in a circular tube containing a internal spiral ribs. To examine the effect of inclined angle of tube, it was varied from 0 deg to 90 deg (0.deg., 22.5.deg., 45.deg., 90.deg.) with horizontal. Length of tube is 1.6m, and width, height and helix angle of rib are 4.2mm, 1.5mm, and 60 deg respectively. Water was used as a working fluid and test piece was heated with a constant heat flux by electric heater. Experiments have been performed with the range of modified Grashof number from 2 * 10$^{6}$ to 15 * 10$^{6}$ for free convection and with the range of Reynolds number from 3,000 to 40,000 for forced convection. Since the increase in heat transfer coefficients influence directly to the friction coefficient of the tube, the changes of the friction factors are also presented for several different cases considered in this investigation.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.19
no.4
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pp.172-183
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2009
For the effects of the nonlinear temperature profiles and reduced-gravity conditions we conduct a two-dimensional numerical modeling and simulations on the physical vapor transport processes of $Hg_2Cl_2-Xe$ system in the horizontal orientation position. Our results reveal that: (1) A decrease in aspect ratio from 5 to 2 leads to an increasingly nonuniform interfacial distribution and enhances the growth rate by one-order magnitude for normal gravity and linear wall temperature conditions. (2) Increasing the molecular weight of component B, Xenon results in a reduction in the effect of solutal convection. (3) The effect of aspect ratio affects the interfacial growth rates significantly under normal gravity condition rather than under reduced gravitational environments. (4) The transition from the convection-dominated regime to the diffusion-dominated regime ranges arises near at 0.1g$_0$ for operation conditions under consideration in this study.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.10
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pp.3313-3321
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1996
A fundamental study in cooling and solidification process focused on ice storage was performed, including the interesting phenomena of density inversion, supercooling and dendritic ice. A numerical study was performed for natural convection and ice formation in the cooling and freezing processes with supercooling in a space between double cylinders. When water was cooled under the freezing point by a cooling wall in a cavity, solidification was not started at once, but a subcooled region was formed near the wall. Especially, when the cooling rate was low, subcooled region extended to a wide area. However, after a few minutes, supercooling is released by some triggers. Dendritic ice is suddenly formed within a subcooled region, and a dense ice layer begins to be developed from the cooling wall. Due to the difficulties, most previous studies on solidification process with numerical methods had not treated the supercooling phenomena, i.e. the case considering only the growth of dense ice. In this study, natural convection and ice formation considering existence of supercooling and dendritic ice were analyzed numerically with using finite difference method and boundary fixing method. The results of numerical analysis were well compared with the experimental results.
In the present investigation, experiments on the melting of a phase change material were performed to research heat transfer phenomena generated by means of conduction and natural convection in the vertical tube at inward melting. The phase change material used in the experiments is 99 percent pure n-Docosane paraffin which is measured melting temperature of $42.5^{\circ}C$, latent heat of 37.5 cal/g, heat conductivity of $0.1505W/m^{\circ}C$. Experiments were performed both in the no-subcooling which is initiating it at melting temperature of phase change material, and in the subcooling which means to initiate it under melting temperature of phase change material, in order to compare and investigate the horizontal temperature history, vertical temperature history, ratio of melting and melted mass, figure of the melting front in the vertical tube. In the experimental results, heat transfer from tube wall to phase change material were due to conduction at early stage and due to natural convection with the passage of time, and then occurred melting downward from surface by volumetric expansion. Natural convection affects temperature distribution in the tube, ratio of melting and melted mass, figure of the melting front and then progress rapidly in case of nosubcooling compared to subcooling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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