Kim Jongtae;Kim Sang-Baik;Kim Hee-Dong;Maeng Joo-sung
Journal of computational fluids engineering
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v.7
no.1
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pp.10-19
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2002
The non-staggered(collocated) grid approach in which all the solution variables are located at the centers of control volumes is very popular for incompressible flow analyses because of its numerical efficiency on the curvilinear or unstructured grids. Rhie and Chow's paper is the first in using non-staggered grid method for SIMPLE algorithm, where pressure weighted interpolation was used to prevent decoupling of pressure and velocity. But it has been known that this non-staggered grid method has stability problems when pressure fields are nonlinear like in natural convection flows. Also Rhie-Chow scheme generates large numerical diffusion near curved walls. The cause of these unwanted problems is too large pressure damping term compared to the magnitude of face velocity. In this study the magnitude of pressure damping term of Rhie-Chow's method is limited to 1∼10% of face velocity to prevent physically unreasonable solutions. The wall pressure extrapolation which is necessary for cell-centered FVM is another source of numerical errors. Some methods are applied in a unstructured FV solver and analyzed in view of numerical accuracy. Here, two natural convection problems are solved to check the effect of the Rhie-Chow's method on numerical stability. And numerical diffusion from Rhie-Chow's method is studied by solving the inviscid flow around a circular cylinder.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.4
no.3
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pp.147-154
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1992
Laminar natural convection heat transfer from a hot body in a square enclosure has been studied for various center positions of a hot square at Grashof number $Gr=1.5{\times}10^5$, Prandtl number Pr=0.71 and dimensionless thermal conductivity $k_g/k_f=14710$. The natural convection at the center position of a hot square; $X_c$, $Y_c=0.5$, 0.2 shows the most strong and at $X_c$, $Y_c=0.5$, 0.7 the most weak. The total mean Nusselt number at $X_c$, $Y_c=0.5$, 0.2 was 7.4% higher than that at $X_c$, $Y_c=0.2$, 0.5. The total mean Nusselt number at $X_c$, $Y_c=0.5$, 0.7 was 5.0% lower than that at $X_c$, $Y_c=0.3$, 0.5.
The liquid cooling effect of a natural convection type radiator by using the PCM has been investigated experimentally. The radiator size is $423{\times}295{\times}83$ mm and PCM container size is $398{\times}270{\times}26$ mm. The objective is elapsed time higher than maximum time to reach for maximum operating temperature of a general liquid cooling radiator. This study, in order to study on the effects of the phase-change phenomenon, carried out the various mass flow rate, input electric power, ambient and melting point of three type PCM. For the above experimental parameter, the melting time was performed about 180/250/560 min at input power 150 W and ambient $30^{\circ}C$ from using the three type PCM(PCM_S1/S2/S3) respectively. Furthermore, the effects of the thermal dissipation was decreased higher input power than lower input power at heating block and melting time of PCM. However, the effects of mass flow rate did not nearly affect of the thermal performance especially.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.3
no.4
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pp.222-230
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1991
Conjugate heat transfer by steady laminar natural convection from a conducting tube with two vertical axial fins has been studied by a finite difference numerical procedure under basic conditions; $Ra=10_6$, Pr = 5 and $L_F=0.15$. The maximum local tube Nusselt number appears at ${\theta}=140^{\circ}$ for $L_F=0.06$, at ${\theta}=130^{\circ}$ for $L_F=0.30$ and at ${\theta}=120^{\circ}$ for $L_F=0.30$, $L_F=0.06$, respectively. The maximum mean Nusselt number shows at $L_F=0.18$ for the downward fin and at $L_F=0.12$ for the upward fin. Therefore the optimized fin length is $L_F{\approx}0.15$ under these conditions. At $L_F=0.15$, the mean Nusselt number by increasing Rayleigh number is remarkably increased for downward fin and then is slowly increased except for downward fin, it by increasing Prandtl number is apparently increased at $Pr{\leq}2$, and slightly increased at Pr>2.
The influence of the surface roughness on the natural convection heat transfers of a vertical plate were measured experimently. Mass transfer experiments instead of heat transfer experiment were performed based on the analogy. The piecewise electrodes were adopted to measure the local-average Nusselt number. Prandtl number was 2,014 and height of the plate was 0.154m The test results for a smooth surface showed similar heat transfer rate with the Le Fevre heat transfer correlation for a vertical plate. The Nusselt number increased with the roughness Rz $0.5{\sim}14.1{\mu}m$. The test results were presented by a simple correlation.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.3
no.1
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pp.95-104
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2002
Numerical solution of the full Navier-Stokes equation as well as the energy equation has been obtained for the unsteady natural convection in a rectangular enclosure. One side wall was maintained at very high temperature simulating fires. Especially the effect of surface radiation was taken into account. While the enclosed air was assumed to be transparent, the internal walls directly interacted one another through the surface radiation. Due to a significant temperature difference in the flow field, the equation of state was used instead of the Boussinesq approximation. It was found that the rapid heating of the adiabatic ceiling and floor by the incoming radiation from the hot wall made the evolution at thermo-fluid field highly unstable in the initial period. Therefore, the secondary cells brought about at the floor region greatly affected the heat transfer mechanism inside the enclosure. The heat transfer rate was augmented by the radiation, resulting in requiring less time for the flow to reach the steady state. At the steady state neglecting radiation two internal hydraulic jumps were clearly observed in upper/left as well as in lower/right comer. However, the hydraulic jump in the lower/right comer could not be observed for the case including radiation due to its high momentum flow over the bottom wall. Radiation resulted in a faster establishment of the steady state phenomena.
The heat transfer rate in an oven is very important for the quality of cooking food. For a robust performance design in an electric oven, forced convection has been used rather than natural convection, in bake and convection mode. Forced convection heat trans for in a vented electric oven has been numerically evaluated using the commercial software FLUENT. CFD modeling of the electric oven involves three-dimensional, steady state, MRF fan model and DO radiation model. In this study, the electric oven cavity and fan modules are not simplified. Other research shows that the boundary condition can often lead to non-physical solutions, such as reverse flaw at the top vent. To remove this non-physical solution, control volume has been expanded at the nearby vent. This numerical analysis has been performed with dedicated experimental support. The results show that there is less than a 2.2% difference between the simulation and experimental data for the temperature profile of food. From this research we can use this oven simulation technique to make a better convection system in an electric oven.
The High Temperature Test Unit (HTTU) was an experimental set-up to conduct separate and integral effects tests of the Pebble Bed Modular Reactor (PBMR) core. The annular core consisted of a randomly packed bed of uniform spheres. Natural convection tests using both nitrogen and helium, and forced convection tests using nitrogen, were conducted. The maximum material temperature achieved during forced convection testing was 1200 ℃. This paper presents the numerical analysis of the flow and temperature distribution for a forced convection test using 3D CFD as well as a 1D systems-CFD computer code. Several modelling approaches are possible, ranging from a fully explicit to a semi-implicit method that relies on correlations of their associated phenomena. For the comparison between codes, the analysis was performed using a porous media approach, where the conduction and radiative heat transfer were lumped together as an effective thermal conductivity and the convective heat transfer was correlated between the solid and gas phases. The results from both codes were validated against the experimental measurements. Favourable results were obtained, in particular by the systems-CFD code with minimal computational and time requirements.
In this paper, we present a split least-squares characteristic mixed finite element method(MFEM) to get the approximate solutions of the convection dominated Sobolev equations. First, to manage both convection term and time derivative term efficiently, we apply a least-squares characteristic MFEM to get the system of equations in the primal unknown and the flux unknown. Then, we obtain a split least-squares characteristic MFEM to convert the coupled system in two unknowns derived from the least-squares characteristic MFEM into two uncoupled systems in the unknowns. We theoretically prove that the approximations constructed by the split least-squares characteristic MFEM converge with the optimal order in L2 and H1 normed spaces for the primal unknown and with the optimal order in L2 normed space for the flux unknown. And we provide some numerical results to confirm the validity of our theoretical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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