Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.9
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pp.5467-5473
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2014
This study examined the numerical analysis results with respect to the thermal behavior of a natural convection cooled pin-fin heat sink. The heat sink consisted of pin fins integrated with plate fins. The heat sinks were designed with two different types to fit the limited internal space. The two types of heat sinks designed were analyzed using the ANSYS software package, and the numerical analysis results were compared with the cooling performance of the two types of heat sinks. The results of the simulation were analyzed according to the temperature distribution and air flow characteristics, heat flux etc. This study examined the correlation of the cooling performance with the heat sink internal structure and fin shape. FEM (Finite Element Method) confirmed the cooling performance of heat sink type A under natural convection conditions as the best results. The results of the numerical simulation showed that the heat sink type A shape showed an approximately 70 percent better heat transfer rate with natural convection than that of type B.
Park, Rae-Joon;Choi, Sang-Min;Kim, Sang-Baik;Kim, Hee-Dong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.2
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pp.226-233
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1999
An experimental study has been performed on natural convection heat transfer with a rapid crust formation in the molten metal pool of a low Prandtl number fluid. Two types of steady state tests, a low and high geometric aspect ratio cases in the molten metal pool, were performed. The crust thickness by solidification was measured 88 a function of boundary surface temperatures. The experimental results on the relationship between the Nusselt number and Rayleigh number In the molten metal pool with a crust formation were compared with existing correlations. The experimental study has shown that the bottom surface temperature of the molten metal layer, in all experiments. is the major influential parameter in the crust formation, duo to the natural convection flow. The Nusselt number of the case without a crust formation in the molten metal pool is greater than that of the case with the crust formation at the same Rayleigh number. The present experimental results on the relationship between the Nusselt number and Rayleigh number In the molten metal pool match well with Globe and Dropkin's correlation. From the experimental results, a now correlation between the Nusslet number and Rayleigh number in the molten metal pool with the crust formation was developed as $Nu=0.0923(Ra)^{0.302}$ ($2{\times}10^4< Ra<2{\times}10^7$).
Compared with Newtonial fluids, magnetic fluids have effects on magnetic force. In this study, the purpose is to research the heat transfer characteristic of magnetic fluids which have metalic and fluid characteristics as the external pipe is being cooled and internal pipe is heated. This study found the experimental results from the study of the variety of natural convection for magnetic fluids and the characteristics of the heat transfer by using numerical analysis according to the strength and direction of the magnetic fields from being imposed from the outside. Natural convection of magnetic fluids was controlled by the impressed magnetic fields, and the result of mean nusselt number was calculated. If the impressed magnetic field is in the direction of gravity or the strength of impressed magnetic field is more than -14 mT in the opposite direction, the heat transfer is more than that without the impressed magnetic field. If the strength of impressed magnetic field is less than -14 mT in the opposite direction, it is smaller than that without the impressed magnetic field. Especially, when the strength of the magnetic field is -14 mT, the heat transfer was at the minimum.
Park, Joung-Woo;Seo, Lee-Soo;Chen, Chel-Ho;Park, Gil-Moon
Journal of the Korean Magnetics Society
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v.13
no.3
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pp.127-132
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2003
Natural convection of a magnetic fluid is different from that of Newtonian fluids because magnetic-body force exists in addition to gravity and buoyancy. In this paper, natural convection of a magnetic fluids (W-40) in a cubic cavity was examined by experimental method. One side wall was kept at a constant temperature (25 $^{\circ}C$), and the opposite side wall was also held at a constant but lower temperature (20 $^{\circ}C$). The magnetic fields of various magnitude were applied up and down by permanent magnets. We measured temperatures at 5 points which are the most suitable places in cavity by the analysis record. The thermo-sensitive liquid crystal film (R20C5A) was utilized in order to visualize wall-temperature distributions. Several kinds of experiments were carried out in order to clarify the influence of direction and intensity of magnetic fields on the natural convection. It was found that the natural convection of a magnetic fluids could be controlled by the direction and intensity of the magnetic fields.
Jo, Hyun Woo;Yoon, Hyun Sik;Lee, Hyo Jeong;Kim, Minsung;Ha, Man Yeong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.11
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pp.991-998
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2013
A numerical study is carried out for natural convection in an enclosure with an inner hot cylinder at the center. The top wall is cold, the bottom and both side walls of the enclosure are adiabatic, and the cylinder is heated. The bottom wall is heated locally at the middle. The ratio (w) is defined by as the width of the bottom wall to that of the heated local area. The immersed boundary method (IBM) is used to model an inner circular cylinder based on the finite volume method (FVM). This study investigates the effect of w on natural convection in an enclosure with an inner heated cylinder for Rayleigh numbers of $10^6$. At $6Ra=10^6$, thermal and flow fields show time-dependent characteristics after their full development.
The natural convection heat transfers of a helical coil in a duct were measured experimentally varying the inclination. To achieve high Rayleigh number, mass transfer experiments instead of heat transfer experiments were performed based upon the analogy. The $Ra_D$ was fixed to $4.55{\times}10^6$. The turn numbers were 1~10. the pitch to diameter ratio were 1.3~5, and the inclination of the helical coil $0^{\circ}{\sim}90^{\circ}$. The measured $Nu_D$ for a single turn of the helical coil was very close to that from McAdams heat transfer correlation for a horizontal cylinder. The heat transfers of the helical coil were varied by the pith, number of turns, and duct height in a complex manner showing the velocity, chimney, and pre-heating effects. The results of the study contributes to the phenomenological analyses of the natural convection heat transfer of a compact heat exchanger.
Seong, Seon Yu;Choi, Changyoung;Ha, Man Yeong;Yoon, Hyun Sik
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.11
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pp.943-950
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2014
This paper presents a numerical study conducted for analyzing the effect of the Prandtl number on natural convection in a square enclosure with an inner circular cylinder in various positons. Several Prandtl numbers (Pr = 0.1, 0.7, and 7) and Rayleigh numbers (Ra = $10^3$, $10^4$ and $10^5$) are considered in the numerical study, along with different positions of the inner circular cylinder. The position of the inner circular cylinder is changed in steps of 0.1 in the range of -0.2 to 0.2. The effect of the Prandtl number on natural convection in the enclosure is analyzed on the basis of the thermal and flow fields and the distribution of the Nusselt number. Regardless of the position of the cylinder, when the Rayleigh number is $10^5$, the surface-averaged Nusselt number of the inner cylinder and the enclosure increases as the Prandtl number increases.
Seo, Young Min;Choi, Changyoung;Ha, Man Yeong;Park, Sang Hu
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.12
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pp.975-982
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2014
This study evaluates the effect of a heated circular cylinder's size on three-dimensional natural convection in a cubical enclosure. The Rayleigh number was varied between $10^3$ and $10^5$, and the Prandtl number was maintained at 0.7. In this study, the radius of the circular cylinder was changed by 0.1 L within a range of 0.1-0.4 L. The thermal and fluid flow characteristics were regarded to be independent of time in the range of the Rayleigh number and cylinder radius considered in this study. The surface-averaged Nusselt numbers of the cylinder and the enclosure were found to increase with the increase in the radius of the cylinder. The effect of the cylinder's size on natural convection in the enclosure was analyzed across the thermal and flow fields, and the distributions of the Nusselt numbers.
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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1997.11a
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pp.146-153
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1997
An experimental study was performed of natural-convection downward smolder spread across a sawdust bed peripherally enclosed with an insulating container, to examine the effect of the open- ing condition at the top end on downward smolder spread. Experiments were conducted by using relatively coarse sawdust and 25-cm-long cylindrical container The variations of temperature profiles along the bed axis with time were determined far different opening conditions and were com-pared with those in smolder spread from open top to open bottom. It was shown that the smolder zone initiated from open top toward closed bottom penetrates the bed with keeping high peak temperature like the case of open top to open bottom spread, although mean spread rate is smaller. This indicates that the downward smolder zone can be sustained stably if sufficient air or oxygen Is supplied from the back of it by natural convection even if upward draft entering from the bottom of the bed is absent. When the top end was partially closed by mounting a cover after stable smolder spread had begun from open top toward open bottom, the temperature at the peak decreased more than 200 K and the smolder zone became to spread with thickening residue. In this case, the shape of temperature profiles continuously changed or decayed until end-effect at the open bottom end enhanced the reaction. The temperature at the shrunk peak, free from the end-effect, was almost identical with the temperature at the exothermic oxidative-degradation zone in smolder spread from open top to open bottom. from these results, it can be inferred for natural-convection downward smolder spread that the oxidation reaction of the char is very sensitive to the oxygen supply by natural convection in the space above the smolder zone, and that the top end opening condition strongly alters the completeness of reactions, structure, and behavior of the smolder zone.
Chunhui Dong;Shikang Chen;Ronghua Chen;Wenxi Tian;Suizheng Qiu;G.H. Su
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.8
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pp.2997-3009
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2023
The Passive containment Air-cooling System (PAS) can effectively remove the decay heat of the modular small nuclear reactor after an accident. The details of natural convection around the dome, which is a key part of PAS, were investigated numerically in the present study. The thermal dynamics around the dome were studied through the temperature, pressure and velocity contours and the streamlines. Additionally, the formation of the buoyant plume at the top of the dome was investigated. The results show that with the increase of Ra, the lift-off point moves toward the bottom of the dome, and the eddy under the buoyant plume grows larger gradually, which enhances the heat transfer. And the heat transfer along the dome surface with different truncation angles was investigated. As the angle increases, the heat transfer coefficient becomes stronger as well. Consequently, a newly developed heat transfer correlation considering the influence of truncation angle for the dome is proposed based on the simulated results. This study could provide a better understanding of natural convection around the dome of PAS and the proposed correlation could also offer more predictive value in the improvement of nuclear safety.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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