This paper presents three-dimensional mean velocities, turbulent intensities and Reynolds shear stresses measured in the Y-Z plane of the gas swirl burner with a cone type baffle plate by using an X-type hot-wire probe. This experiments is carried out at the flow rate of 450ℓ/min which is equivalent to the combustion air flow rate necessary to heat release 15,000 kcal/hr in a gas furnace. Mean velocities and turbulent intensities etc. show that their maximum values exist around the narrow slits situated radially on the edge of and in front of a burner. According to downstream regions, they have a peculiar shape like a starfish because the flows going out of the narrow slits and the swirl vanes of an inclined baffle plate diffuse and develop into inward and outward of a burner. The rotational flow due to the inclined flow velocity going out of swirl vanes of a cone type baffle plate seems to decrease the magnitudes of mean velocities V and W respectively by about 30% smaller than those of mean velocity U. The turbulent intensities have large values of 50%∼210% within the range of 0.5
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.14
no.2
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pp.41-48
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2006
Absorption performance at the vertical interface between refrigerant vapor and liquid solution of $LiBr-H_{2}O$ solution was enhanced by the waves formed due to the interfacial shear stress. The present study investigated experimentally and analytically the improvements of absorption performance in a falling film by wavy film flow. The dynamic parameter was the film Reynolds numbers ranged from 50 to 150. The energy and diffusion equations were solved simultaneously to find the temperature and concentration profiles at the interface of liquid solution and refrigerant vapor. Absorption characteristics due to heat and mass transfer were analyzed for the falling film of the LiBr aqueous solution contacted by refrigerant vapor in the absorber. Absorption performance showed a peak value at the solution flow rate of $Re_{f}>100$. Absorption performance for the wavy film flow was found to be greater by approximately 10% than that for uniform film flow. Based on numerical and experimental results, the maximum absorption rate was obtained for the wavy flow caused by spring insert. The difference between the measured and the predicted results were ranged from 5.8 to 12%.
A PEMFC system model for FCEV was constructed and simulated numerically to examine the heat/water flow of the system and air/fuel humidification process for various operation conditions (ambient pressure /temperature/humidity, operating temperature, power load). We modeled PEMFC stack which can generate maximum electricity of about 80 kW. This stack consists of 400 unit cells and each unit cell has $250cm^2$ reacting area. Uniform current density and uniform operating voltage per each cell was assumed. The results show the flow characteristics of heat and water at each component of PEMFC system in macro-scale. The capacity shortage of the radiator occurred when the ambient was hot $(over\;40^{\circ}C)$ and power level was high (over 50 kW). In spite of some heat release by evaporation of water in stack, heat unbalance reached to 20kW approximately in such a severe operating condition. This heat unbalance could be recovered by auxiliary radiators or high speed cooling fan with additional cost. In cold environment, the capacity of radiator exceeded the net heat generation to be released, which may cause a problem to drop the operating temperature of stack. We dealt with this problem by regulating mass flow rate of coolant and radiator fan speed. Finally, water balance was not easily broken when we retrieved condensed and/or unused water.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.3
no.4
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pp.276-285
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1991
The transient heat transfer characteristics in the radiant heating panel were predicted by numerical analysis. Thermal behaviors of panel, such as temperature distributions in panel and convective and radiative heat fluxes in panel surface with respect to time were obtained. Heating hours per day, rate of energy supplied and maximum temperature differences at panel surface were also compared for several important parameters. The performance and thermal comfort of heating panel were studied and compared for various operating and design conditions such as pipe pitch, pipe location, pipe diameter and flow rate of hot water for the purpose of producing useful data, which can be used for the test and decision of efficient operating condition of the conventional heating systems or the optimal design of the new panel heating systems.
The world is striving to transition to a carbon-neutral society. It is expected that using hydrogen instead of hydrocarbon fuel will contribute to this carbon neutrality. However, there is a need for combustion technology that controls the increased NOx emissions caused by hydrogen co-firing. Flameless combustion is one of the alternative technologies that resolves this problem. In this study, a numerical analysis was performed using the 1D opposed-flow diffusion flame model of Chemkin to analyze the characteristics of flameless combustion and the chemical reaction of methane-hydrogen fuel according to its hydrogen content and flue gas recirculation rate. In methane combustion, as the recirculation rate (Kv) increased, the temperature and heat release rate decreased due to an increase in inert gases. Also, increasing Kv from 2 to 3 achieved flameless combustion in which there was no endothermic region of heat release and the region of maximum heat release rate merged into one. In H2 100% at Kv 3, flameless combustion was achieved in terms of heat release, but it was difficult to determine whether flameless combustion was achieved in terms of flame structure. However, since the NOx formation of hydrogen flameless combustion was predicted to be similar to that of methane flameless combustion, complex considerations of flame structure, heat release, and NOx formation are needed to define hydrogen flameless combustion.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.6
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pp.427-434
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2009
A new surface shape of an internal cooling passage which largely reduces the pressure drop and enhances the surface heat transfer is proposed in the present study. The surface shape of the cooling passage is consisted of the concave dimple and the riblet inside the dimple which is protruded along the stream-wise direction. Direct Numerical Simulation (DNS) for the fully developed turbulent flow and thermal fields in the cooling passage is conducted. The numerical simulations for five different surface shapes are conducted at the Reynolds number of 2800 based on the mean bulk velocity and channel height and Prandtl number of 0.71. The driving pressure gradient is adjusted to keep a constant mass flow rate in the x direction. The thermoaerodynamic performance for five different cases used in the present study was assessed in terms of the drag, Nusselt number, Fanning friction factor, volume and area goodness factor in the cooling passage. The value of maximum ratio of drag reduction is -22.86 %, and the value of maximum ratio of Nusselt number augmentation is 7.05% when the riblet angle is $60^{\circ}$. The remarkable point is that the ratio of Nusselt number augmentation has the positive value for the surface shapes which have over $45^{\circ}$ of the riblet angle. The maximum volume and area goodness factors are obtained when the riblet angle is $60^{\circ}$.
A new surface shape of an internal cooling passage which largely reduces the pressure drop and enhances the surface heat transfer is proposed in the present study. The surface shape of the cooling passage is consisted of the concave dimple and the riblet inside the dimple which is protruded along the stream-wise direction. Direct Numerical Simulation (DNS) for the fully developed turbulent flow and thermal fields in the cooling passage is conducted. The Numerical simulations for the 5 different surface shapes are conducted at the Reynolds number of 2800 based on the mean bulk velocity and channel height and Prandtl number of 0.71. The driving pressure gradient is adjusted to keep a constant mass flow rate in the x direction. The thermo-aerodynamic performance for the 5 different cases used in the present study was assessed in terms of the drag, Nusselt number, Fanning friction factor, Volume and Area goodness factor in the cooling passage. The value of maximum ratio of drag reduction is -22.86 [%], and the value of maximum ratio of Nusselt number augmentation is 7.05 [%] when the riblet angle is $60^{\circ}$ (Case5). The remarkable point is that the ratio of Nusselt number augmentation has the positive value for the surface shapes which have over $45^{\circ}$ of the riblet angle. The maximum Volume and Area goodness factor are obtained when the riblet angle is $60^{\circ}$ (Case5).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.9
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pp.1151-1162
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1999
The effects of radial heat and $H_2O$ diffusion on the evolution of silica particles in coflow diffusion flames have been studied experimentally. The evolution of silica aggregate particles in coflow diffusion flames has been measured experimentally using light scattering and thermophoretic sampling techniques. The measurements of scattering cross section from $90^{\circ}$ light scattering have been utilized to calculate the aggregate number density and volume fraction using with combination of measuring the particle size and morphology through the localized sampling and a TEM image analysis. Aggregate or particle number densities and volume fractions were calculated using Rayleigh-Debye-Gans and Mie theory for fractal aggregates and spherical particles, respectively. Flame temperatures and volumetric differential scattering cross sections have been measured for different flame conditions such as inert gas species, $H_2$ flow rates, and burner injection configurations to examine the relation between the formation of particles and radial $H_2O$ diffusion. The comparisons of oxidation and flame hydrolysis have also been made for various $H_2$ flow rates using $N_2$ or $O_2$ as a carrier gas. Results indicate that the role of oxidation becomes dominant as both carrier gas($O_2$) and $H_2$ flow rates increases since the radial heat diffusion precedes $H_2O$ diffusion in coflow flames used in this study. The effect of carrier gas flow rates on the evolution of silica particles have also been studied. When using $N_2$ as a carrier gas, the particle volume fraction has a maximum at a certain carrier gas flow rate and as the flow rate is further increased, the hydrolysis reaction Is delayed and the spherical particles finally evolves into fractal aggregates due to decreased flame temperature and residence time.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.15
no.12
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pp.1043-1048
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2003
An experimental investigation was executed to determine the capacity degradation due to non-uniform refrigerant distribution in a multi-path evaporator. In addition, the possibility of recovering the capacity reduction by controlling the refrigerant distribution among refrigerant paths was assessed. The finned-tube evaporator, which had a three-path and three-depth-row, was tested by controlling inlet quality, exit pressure, and exit superheat for each refrigerant path. The capacity reduction due to superheat unbalance between each path was as much as 30%, even when the overall evaporator superheat was kept at a target value of 5.6$^{\circ}C$. It may indicate that the internal heat transfer within the evaporator assembly caused the partial capacity drop. For the evaporator having air mal-distributions, the maximum capacity reduction was found to be 8.7%. A 4.5% capacity recovery was obtained by controlling refrigerant distribution to obtain the target superheat at the outlet of each path.
This study concerns the performance of the heat transfer of the thermosyphon having 80 internal groove in which boiling and condensation occur. Distilled water has been used as a working fluid. The liquid filling as the ratio of working fluid volume to total volume of thermosyphon has been used as the experimental parameters. The heat flux and heat transfer coefficient at the condenser are estimated from the experimental results. The experimental results have been assessed and compared with the existing theories. As a result of the experimental investigation, the maximum heat flow rate in the thermosyphon is proved to be dependent upon the liquid fill quantity. relatively high rates of heat transfer have been achieved operating in the thermosyphon with the internal groove. Also, a thermosyphon with the internal groove can be used to achieve some inexpensive and compact heat exchangers in low temperature. In addition, overall heat transfer coefficients and the characteristics as an operating temperature are obtained for the practical applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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