The purpose of this study is to obtain an improved interpretation of heat transfer phenomena between blocks and fluids in the parallel conducting plates. Flow is two-dimensional, incompressible steady laminar flow over rectangular blocks, representing finite heat source on parallel plate. Heat transfer phenomena, temperature of blocks and heat transfer into the flow field are investigated for different spacings between blocks and Reynolds numbers. Results indicate that Nusselt number on the far upstream corner of the block was higher than that of any part of the block. As Reynolds number and spacings of blocks increased, Nusselt number increased. The distribution of local Nusselt number on the top surface of the conducting plate is similar to the case with insulated plate. Temperature of the block which has heat source in half cubage was approximately twice as high as temperature of the block which has heat source in whole cubage. As Reynolds number and spacings of blocks increased, overall temperature decreased. The peak value of block temperature occurred at position shifted to the right or upper right from center. The maximum temperature of block can be expressed as a function of Reynolds number, spacings between blocks, position of maximum temperature of each block and then it is possible to predict the maximum temperature of blocks.
This study evaluates the performance of Weather Research and Forecasting (WRF) model in simulating temperature over the COordinated Regional climate Downscaling EXperiment-East Asia (CORDEX-EA) Phase 2 domain for the reference period (1981~2005), and assesses the changes in temperature and its extremes in the mid-21st century (2026~2050) under global warming based on Representative Concentration Pathway (RCP) scenarios. MPI-ESM-LR forced by two RCP scenarios (RCP2.6 and RCP8.5) is used as initial and lateral boundary conditions. Overall, WRF can capture the observed features of temperature distribution reflecting local topographic characteristic, despite some disagreement between the observed and simulated patterns. Basically, WRF shows a systematic cold bias in daily mean, minimum and maximum temperature over the entire domain. According to the future projections, summer and winter mean temperatures over East Asia will significantly increase in the mid-21st century. The mean temperature rise is expected to be greater in winter than in summer. In accordance with these results, summer (winter) is projected to begin earlier (later) in the future compared to the historical period. Furthermore, a rise in extreme temperatures shows a tendency to be greater in the future. The averages of daily minimum and maximum temperatures above 90 percentiles are likely to be intensified in the high-latitude, while hot days and hot nights tend to be more frequent in the low-latitude in the mid-21st century. Especially, East Asia would be suffered from strong increases in nocturnal temperature under future global warming.
Relative humidity, membrane conductivity and water activity are critical parameters of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) for high performance and reliability. These parameters are closely related with temperature. Moreover, the ideal values of these parameters are not always identical along the channels. Therefore, the cooling channel design and its operating condition should be well optimized along the all location of the channels. In the present study, we have performed a numerical investigation on the effects of cooling channels on performance of a PEMFC. Three-dimensional Navier-Stokes equations are solved with the energy equation including heat generated by the electrochemical reactions in the fuel cell. The present numerical model includes the gas diffusion layers (GDL) and serpentine channels for both anode and cathode gas flows, as well as cooling channels. To accurately predict the water transport across the membrane, the distribution of water content in the membrane is calculated by solving a nonlinear differential equation with a nonlinear coefficient, i.e., the water diffusivity which is a function of water content as well as temperature. Main emphasis is placed on the heat transfer between the solid bipolar plate and coolant flow. The present results show that local current density is affected by cooling channels due to the change of the oxygen concentration and the membrane conductivity as well as the water content. It is also found that the relative humidity is influenced by the generated water and the gas temperature and thus it affects the distribution of fuel concentration and the conductivity of the membrane, ultimately fuel cell performance. Unit-cell experiments are also carried out to validate the numerical models. The performance curves between the models and experiments show reasonable results.
A validation of a 3D CFD model for predicting local subcooling of moderator in the vicinity of calandria tubes in a CANDU reactor is performed. The small scale moderator experiments performed at Sheridan Park Experimental Laboratory(SPEL) in Ontario, Canada[1] is used for the validation. Also a comparison is made between previous CFD analyses based on 2DMOTH and PHOENICS, and the current model analysis for the same SPEL experiment. For the current model, a set of grid structures for the same geometry as the experimental test section is generated and the momentum, heat and continuity equations are solved by CFX-4.3, a CFD code developed by AEA technology. The matrix of calandria tubes is simplified by the porous media approach. The standard $k-\varepsilon$ turbulence model associated with logarithmic wall treatment and SIMPLEC algorithm on the body fitted grid are used and buoyancy effects are accounted for by the Boussinesq approximation. For the test conditions simulated in this study, the flow pattern identified is a buoyancy-dominated flow, which is generated by the interaction between the dominant buoyancy force by heating and inertial momentum forces by the inlet jets. As a result, the current CFD moderator analysis model predicts the moderator temperature reasonably, and the maximum error against the experimental data is kept at less than $2.0^{\circ}C$ over the whole domain. The simulated velocity field matches with the visualization of SPEL experiments quite well.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.5
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pp.722-730
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2001
The local heat transfer of an axisymmetric submerged air jet impinging on a heated flat plate is investigated experimentally with the variation of mesh-screen solidity. The screen installed in front of the nozzle exit modifies the flow structure and local heat transfer characteristics. The mean velocity and turbulence intensity profiles of streamwise velocity component are measured using a hot-wire anemometry. The temperature distribution on the heated flat surface is measured with thermocouples. The smoke-wire flow visualization technique was employed to understand the near-field flow structure qualitatively for different mesh screens. Large-scale toroidal vortices and high turbulence intensity enhance the heat transfer rate in the stagnation region. For a higher solidity, turbulence intensity become higher which increases the local heat transfer at small nozzle-to-plate spacings such as L/D<6. The local and average Nusselt numbers of impinging jet from the $\sigma$(sub)s=0.83 screen at L/D=2 are about 5.6∼7.5% and 7.1% larger than those for the case of no screen, respectively. For the nozzle-to-plate spacings larger than 6, however, the turbulence intensities for all tested screens approach to an asymptotic curve and the mean velocity along the jet centerline decreases monotonically. As the nozzle-to-plat spacing increases for high solidity screens, the heat transfer rate decreases due to the reduction in turbulence intensity and jet momentum.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.28
no.6
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pp.615-631
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2012
This study provides an evaluation for capability of Integrated Climate and Air quality Modeling System (ICAMS) on future regional scale climate projection. Temperature and precipitation are compared between ground-level observation data and results of regional models (MM5) for the past 30 years over the Korean peninsula. The ICAMS successfully simulates the local-scale spatial/seasonal variation of the temperature and precipitation. The probability distribution of simulated daily mean and minimum temperature agree well with the observed patterns and trends, although mean temperature shows a little cold bias about $1^{\circ}C$ compared to observations. It seems that a systematic cold bias is mostly due to an underestimation of maximum temperature. In the case of precipitation, the rainfall in winter and light rainfall are remarkably simulated well, but summer precipitation is underestimated in the heavy rainfall phenomena of exceeding 20 mm/day. The ICAMS shows a tendency to overestimate the number of washout days about 7%. Those results of this study indicate that the performance of ICAMS is reasonable regarding to air quality predication over the Korean peninsula.
Previous studies have shown that Foehn was mainly observed in Young-seo area in Korea. However, they have failed to indicate the area where Foehn can be observed most frequently in Young-seo area and how Foehn is distributed in that area. This study targets HongCheon area in Young-seo province and examines the frequency and extent of Foehn in local scale through documenting a daily maximum air temperature map of Foehn. The period examined in this study is the months between March and June from 2003 to 2012. CoKriging method, which uses temperature and the altitude above sea, generates a higher level of accuracy in making daily maximum air temperature map of Foehn occurring days. We have found that Foehn is observed in certain areas, not all areas of HongCheon region, by compiling the daily maximum air temperature map. In particular, Foehn was found to be frequent and strong in the downstream of HongCheon river. In addition, we surveyed the residents of HongCheon about their perception of Foehn. They did not know whether high temperature and dryness in spring are caused by Foehn. The methods and techniques used to examine Foehn in local climate scale by this study will enhance the understanding of regional climate and contribute towards the research in this area. In particular, they can be applied to high temperature that recently occurred between spring and summer, excessive hotness in summers, agricultural plant growth in springs and etc.
Khan, Sheikh Irfanullah;Mohyud-Din, Syed Tauseef;Yang, Xiao-Jun
Journal of Magnetics
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v.21
no.3
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pp.476-489
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2016
In the present study, squeezing flow of micropolar nanofluid between parallel infinite disks in the presence of magnetic field perpendicular to plane of the disks is taken into account. The constitutive equations that govern the flow configuration are converted into nonlinear ordinary differential with the help of suitable similarity transforms. HAM package BVPh2.0 has been employed to solve the nonlinear system of ordinary differential equations. Effects of different emerging parameters like micropolar parameter K, squeezed Reynolds number R, Hartmann number M, Brownian motion parameter Nb, thermophoresis parameter Nt, Lewis number Le for dimensionless velocities, temperature distribution and concentration profile are also discussed graphically. In the presence of strong and weak interaction (i.e. n = 0 and n = 0.5), numerical values of skin friction coefficient, wall stress coefficient, local Nusselt number and local Sherwood number are presented in tabulated form. To check the validity and reliability of the developed algorithm BVPh2.0 a numerical investigation is also a part of this study.
A new task of using the Jacobian-Free-Newton-Krylov (JFNK) method for the PWR core transient simulations involving neutronics, thermal hydraulics and mechanics is conducted. For the transient scenario of PWR, normally the Picard iteration of the coupled coarse-mesh nodal equations and parallel channel TH equations is performed to get the transient solution. In order to solve the coupled equations faster and more stable, the Newton Krylov (NK) method based on the explicit matrix was studied. However, the NK method is hard to be extended to the cases with more physics phenomenon coupled, thus the JFNK based iteration scheme is developed for the nodal method and parallel-channel TH method. The local gap conductance is sensitive to the gap width and will influence the temperature distribution in the fuel rod significantly. To further consider the local gap conductance during the transient scenario, a 1D mechanics model is coupled into the JFNK scheme to account for the fuel thermal expansion effect. To improve the efficiency, the physics-based precondition and scaling technique are developed for the JFNK iteration. Numerical tests show good convergence behavior of the iterations and demonstrate the influence of the fuel thermal expansion effect during the rod ejection problems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.12
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pp.1869-1878
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2001
Experiments are carried out to investigate the effect of pulsations on the flow and heat transfer characteristics of an axisymmetric impinging jet on a flat plate heated by using a gold coated aim. Vertex motion in the impinging jet is visualized using a fog generator, and a thermochromatic liquid crystal (TLC) technique is used to measure the time averaged local temperature distributions on the impingement plate. In addition, the quantitative data for mean velocity and turbulence intensity are obtained employing hot-wire anemometer. Parameters such as pulsating frequency (f = 0, 10 and 20 Hz) and the nozzle-to-palate spacing (H/D = 2, 10) are considered at the jet Reynolds number of 20,000. Consequently, the significant changes of flow structure and local Nusselt number distribution due to pulsations are observed. In the case of H/D = 2, the enhanced heat transfer coefficient exceeding 30 % is observed at the stagnation point. At the high H/D, heat transfer rate increases with pulsation frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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