Kim, YoungSoo;Yun, ByongJo;Kim, HuiYung;Jeon, JaeYeong
Journal of Energy Engineering
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v.24
no.1
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pp.149-163
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2015
In this study, we conducted study on the confirmation of thermal-hydraulic safety for Mast assembly with Computational Fluid Dynamics(CFD) analysis. Before performing the natural convection analysis for the Mast assembly by using CFD code, we validated the CFD code against two benchmark natural convection data for the evaluation of turbulence models and confirmation of its applicability to the natural convection flow. From the first benchmark test which was performed by Betts et al. in the simple rectangular channel, we selected standard k-omega turbulence model for natural convection. And then, calculation performance of CFD code was also investigated in the sub-channel of rod bundle by comparing with PNL(Pacific Northwest Laboratory) experimental data and prediction results by MATRA and Fluent 12.0 which were performed by Kwon et al.. Finally, we performed main natural convection analysis for fuel assembly inside the Mast assembly by using validated turbulence model. From the calculation, we observed stable natural circulation flow between the mast assembly and pool side and evaluated the thermal-hydraulic safety by calculating the departure from nucleate boiling ratio.
Study on combined natural convection-radiation In partially open square enclosures filled with absorbing-anisotropic scattering media is performed. A heater block located in the enclosure causes the natural circulation of the fluid in the enclosure which results In significant in-flow of the cold fluid through the partially open wall. Four different locations of the heater are considered to observe the effect of the heater locations on the resulting heat transfer. Results obtained from the combined convection-radiation analyses show much stronger circulation of t he fluid inside the enclosure as compared to those obtained from the pure convection analyses. As the ratio of the open area is Increased, the inflow of the cold fluid and the circulation of the fluid inside the enclosure is increased causing lower fluid temperature Inside the enclosure. It is shown that the location of the heater influences the circulation and heat transfer significantly by showing stronger circulations and more uniform temperature distributions for the cases where the heater is located on the bottom wall as compared to those for the cases where the heater is located on the upper part wall of the enclosure. For pure absorbing medium, the expected circulation in the fluid is relatively week as compared to those with absorbing-scattering medium due to the smaller wall heating as the radiant heat is used to heat the fluid instead. The forward anisotropic scattering phase function is shown to increase the fluid circulation further as compared to the isotropic scattering medium.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.10
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pp.3344-3354
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1996
An experimental and numerical study on the three-dimensional natural convection-radiation conjugate heat transfer in the enclosure with heat generating chip has been performed. A 3-dimensional simulation model is developed by considering heat transfer phenomena by conduction-convection and radiation. Radiative transfer was analyzed with the discrete ordinates method. Experiments are conducted in order to validate the numerical model. Comparisons with the experimental data show that good agreement is obtained when the radiation effect is considered. The effects of the thermal conductivity of the substrate and power level on heat transfer are investigated. It is shown that radiation is the dominant heat transfer mode and the conductivity of the substrate has important effects on the heat transfer in the enclosure.
Natural convection flows in a cubical air-filled cavity that has one pair of opposing faces isothermal at different temperatures, $T_h\;and\;T_c$ respectively, the remaining four faces having a linear variation from $T_c\;to\;T_h$ are numerically simulated by a solution code(PowerCFD) using unstructured cell-centered method. An extension to a previously published work, special attention of this work is paid to three-dimensional flow and thermal characteristics in nature convection according to new orientation at Ra= $1{\times}105$. Comparisons of the average Nusselt number at the cold face are made with benchmark solutions and experimental results found in the literature. It is demonstrated that the average Nusselt number on the cold face has a maximum value around the diamond-type inclination angle of $43.2^{\circ}\;at\;Ra=1{\times}105$. We also report the effect of new orientation on the type of flow and temperature structure in a cubical-cavity.
Natural convection of air with Pr=0.7 between two horizontal plates with small magnitude non-uniform temperature distribution[${\in}{\Delta}Tsin({\kappa}X/H)$, H : gap width, X : horizontal coordinate] in the lower plate is numerically(${\in}=0.01$) investigated. In the conduction-dominated regime with $Ra{\leq}1700$, two upright cells are formed over one wave length($2{\pi}/{\kappa}$). For small wave number, the flow becomes unstable with increase of Rayleigh number, and multicellular convection occurs above a critical Rayleigh number. The flow patterns are classified by the number of eddies over one wave length. When ${\kappa}=1$, a transition of $2{\rightarrow}4{\rightarrow}6$ eddy flow occurs with increase of Rayleigh number, and no hysteresis phenomenon is observed. Dual and triple solutions are found for ${\kappa}=1$, and transitions of $10{\rightarrow}8$, $8{\rightarrow}6$, $6{\rightarrow}4{\rightarrow}2$ eddy flow occur with decrease of Rayleigh number.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.4
s.247
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pp.337-342
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2006
Natural convection flows in a cubical air-filled cavity that has one pair of opposing faces isothermal at different temperatures, $T_h\;and\;T_c$, respectively, the remaining four faces having a linear variation from $T_c\;to\;T_h$ are numerically simulated by a solution code(PowerCFD) using unstructured cell-centered method. Special attention is paid to three-dimensional flow and thermal characteristics according to the variation of inclination angle $\theta$ of the isothermal faces from horizontal: namely $\theta=0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ},\;45^{\circ},\;50^{\circ},\;60^{\circ},\;75^{\circ}\;and\;90^{\circ}$. Comparisons of the average Nusselt number at the cold face are made with experimental benchmark results found in the literature. It is demonstrated that the average Nusselt number at the cold face has a maximum value around the inclination angle of $50^{\circ}$. It is also found that the code is capable of producing accurately the nature of the laminar convection in a cubical air-filled cavity with differentially heated walls.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.3
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pp.771-783
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1995
A simplified model for the so-called ACRT(accelerated crucible rotation technique) Bridgman crystal growth was considered in order to investigate the principal effects of the periodic variation of angular velocity. Numerical solutions were obtained for Ro=0.5, Ra=4.236*10$_{6}$ and E=2.176*10$^{-3}$ . The effects of spin-up process combined with natural convection was investigated as a preliminary study. The spin-up time scale for the present problem was a little larger than that observed for homogeneous spin-up problems. Numerical results reveal that over a time scale of (H$^{2}$/.nu..omega.$_{f}$)$^{1}$2/ the forced convection due to the formation of Ekman layer predominates. When the state of rigid body rotation is attained, natural convection due to buoyancy emerges as the main driving force and them the steady-state is approached asymptotically. Based on our preliminary results with simple spin-up, several fundamental features associated with variation of rotation speed are successfully identified. When a periodic variation of angular velocity was imposed, the system response was also periodic. Due to effect of mixing, the heat transfer was enlarged. From the analysis of time-averaged Nusselt number along the bottom surface the effect of a periodic variation of angular velocity on the interface location could be indirectly identified.d.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.11
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pp.3706-3713
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1996
A numerical study on natural convection induced by free surface heat flux and cold left and hot right walls in glass melting furnaces has been performed. A function of heat flux derived from the combustion environments of actual glass melting furnace is applied to thermal boundary condition at free surface. Fundamentally there exist two flow cells in cavity (left counterclockwise one and right clockwise one). The effects of heat flux and Rayleigh number are investigated through two-dimensional steady-state assumption. The convection strength of two flow cell located in left region continuously increases. In the mean time the strength of flow cell in right region increases and then decreases. Critical Rayleigh number in which two flow cells take place above and below show linear dependence on the free surface heat flux. To maintain the traditional flow pattern (left and right flow cells) in glass melting furnace, Rayleigh number is recommended to be below 10$^{5}$ .
This study aimed to investigate the effects of various soft steam treatments, namely, forced convection-boiler, forced convection-fan, and natural convection, on the pretreatment characteristics of potatoes. In this study, potatoes were exposed to various cooking conditions, including steaming method, treatment time (0-60 min), and temperature (60, 70, $80^{\circ}C$). Then, changes in temperature, cook value, ascorbic acid content, moisture content, and weight loss in the fresh and steam-treated samples were measured and evaluated. The results clearly showed that natural convective steaming was superior to other treatments in terms of heating characteristics, cook value (FC-b: $46.4{\pm}1.7$, FC-f: $21.8{\pm}1.1$, NC: $52.1{\pm}1.9min$ at $80^{\circ}C$), ascorbic acid content (FC-b: $36.5{\pm}2.7$, FC-f: $28.5{\pm}2.9$, NC: $48.2%{\pm}2.5%$ at $80^{\circ}C$), moisture retention (FCb: $74.6{\pm}0.8$, FC-f: $71.5{\pm}0.5$, NC: $77.6%{\pm}0.4%$ for 60 min at $80^{\circ}C$), and weight loss (FC-b: $13.9{\pm}0.8$, FC-f: $15.6{\pm}0.6$, NC: $10.6%{\pm}0.7%$ for 60 min at $80^{\circ}C$) for thermally processed potatoes.
In this paper a computation of turbulent natural convection in enclosures with the elliptic-blending based differential and algebraic flux models is presented. The primary emphasis of the study is placed on an investigation of accuracy of the treatment of turbulent heat fluxes with the elliptic-blending second-moment closure for the turbulent natural convection flows. The turbulent heat fluxes in this study are treated by the elliptic-blending based algebraic and differential flux models. The previous turbulence model constants are adjusted to produce accurate solutions. The proposed models are applied to the prediction of turbulent natural convections in a 1:5 rectangular cavity and in a square cavity with conducting top and bottom walls, which are commonly used for validation of the turbulence models. The relative performance between the algebraic and differential flux model is examined through comparing with experimental data. It is shown that both the elliptic-blending based models predict well the mean velocity and temperature, thereby the wall shear stress and Nusselt number. It is also shown that the elliptic-blending based algebraic flux model produces solutions which are as accurate as those by the differential flux model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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