International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제2권4호
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pp.431-438
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2009
A Large Eddy Simulation (LES) of the flow in an inducer is carried out under flow rate oscillations. The present study focuses on the dynamic response of the backflow and the unsteady pressure performance to the flow rate fluctuations under non-cavitation conditions. The amplitude of angular momentum fluctuation evaluated by LES is larger than that evaluated by RANS. However, the phase delay of backflow is nearly the same as RANS calculation. The pressure performance curve exhibits a closed curve caused by the inertia effect associated with the flow rate fluctuations. Compared with simplified one dimensional evaluation of the inertia component, the component obtained by LES is smaller. The negative slope of averaged performance curve becomes larger under unsteady conditions. From the conservations of angular momentum and energy, an expression useful for the evaluation of unsteady pressure rise was obtained. The examination of each term of this expression show that the apparent decrease of inertia effects is caused by the response delay of Euler's head and that the increase of negative slope is caused by the delay of inertial term associated with the delay of backflow response. These results are qualitatively confirmed by experiments.
A two-dimensional continuum model for the hydrogen mining phenomena in the containment subcompartment under severe accident conditions has been developed to predict the spatial distribution of the hydrogen concentration. The model can predict the distribution of time-dependent hydrogen concentration for HEDL experiments well. For the simulation of these experiments, the hydrogen is mixed uniform within the test compartment. To predict the extent of non-uniform distribution, the dominant factors such as the geometrical shape of obstacle and velocity of source injection in mixing phenomena are investigated. If the obstacle disturbing the flow of gas mixture exists in the compartment, the uniform distribution of hydrogen might be not guaranteed. The convective circulation of gas flow is separately formed up and down of the obstacle position, which makes a difference of hydrogen concentration between the upper and lower region of the compartment. The recirculation flow must have a considerable mass flow rate relative to velocity of the source injection to sustain the well-mixed conditions of hydrogen. Finally, in order to account for non-uniform distribution of the hydrogen due to the geometrical configuration the maximum-to-average ratio is functionalized.
This paper proposes an improved mathematical model for predicting the frosting behavior on a two-dimensional fin considering the heat conduction of heat exchanger fins under frosting conditions. The model consists of laminar flow equation in airflow, diffusion equation of water vapor for frost layer, and heat conduction equation in fin, and these are coupled together. In this model, the change in three-dimensional airside airflow caused by frost growth is accounted for. The fin surface temperature increased toward the fin tip due to the fin heat conduction. On the contrary, the temperature gradient in the airflow direction(x-dir.) is small throughout the entire fin. The frost thickness in the direction perpendicular to airflow, i.e. z-dir., decreases exponentially toward the fin tip due to non-uniform temperature distribution. The rate of decrease of heat transfer in the airflow direction is high compared to that in the z-direction due to more decrease in the sensible and latent heat rate in x-direction.
Air-conditioners use a spirally coiled capillary tube as an expansion device to enhance compactness of the unit. However, most empirical correlations in open literature were developed for straight capillary tubes without considering coiled effects on the mass flow rate. The objectives of this study are to investigate the flow characteristics of coiled capillary tubes and to develop a generalized correlation for mass flow rate through coiled capillary tubes. The mass flow rates through the coiled capillary tubes and straight capillary tubes were measured by varying operating conditions and tube geometry. The condensing temperatures varied at 40.5, 47.5 and $54.5^{\circ}C$, and subcoolings altered at 3.5, 6.5 and $11.5^{\circ}C$. The mass flow rates of the coiled capillary tubes decreased by 5 to 16% compared with those of the straight capillary tubes at the same operating conditions. An empirical correlation was developed by introducing equivalent length of capillary tube with non-dimensional parameters for coiled shape. The present correlation predicts the data with average and standard deviations of 0.33% and 3.24%, respectively.
Localized shear band is investigated through the analysis of one-dimensional model for simple shearing deformation of thermally rate dependent material. Generally mesh size or interval of nodes play an important role in determining the overall flow behavior of the material. In order to observe these size effects we adapted non-local theory by including higher order strain gradients of the equivalent strain into the constitutive equation for the flow stress. for the ease of convergence and numerical stability the inplicit finite difference scheme is employed.
Soot particles emitted from combustion processes are often coated by non-absorbing organic materials, which enhance the global warming effect of soot particles. It is of importance to study the condensation characteristics of soot particles experimentally and theoretically to reduce the uncertainty of the climate impact of soot particles. In this study, the condensational growth of soot particles in a tubular coater was modeled by a one-dimensional (1D) plug flow model and a two-dimensional (2D) laminar flow model. The effects of 2D heat and mass transports on the predicted particle growth were investigated. The temperature and coating material vapor concentration distributions in radial direction, which the 1D model could not accounted for, affected substantially the particle growth in the coater. Under the simulated conditions, the differences between the temperatures and vapor concentrations near the wall and at the tube center were large. The neglect of these variations by the 1D model resulted in a large error in modeling the mass transfer and aerosol dynamics occurring in the coater. The 1D model predicted the average temperature and vapor concentration quite accurately but overestimated the average diameter of the growing particles considerably. At the outermost grid, at which condensation begins earliest due to the lowest temperature and saturation vapor concentration, condensing vapor was exhausted rapidly because of the competition between condensations on the wall and on the particle surface, decreasing the growth rate. At the center of the tube, on the other hand, the growth rate was low due to high temperature and saturation vapor concentration. The effects of Brownian diffusion and thermophoresis were not high enough to transport the coating material vapor quickly from the tube center to the wall. The 1D model based on perfect radial mixing could not take into account this phenomenon, resulting in a much higher growth rate than what the 2D model predicted. The result of this study indicates that contrary to a previous report for a thermodenuder, 2D heat and mass transports must be taken into account to model accurately the condensational particle growth in a coater.
A numerical investigation of natural convection flow along irregular vertical surfaces is reported. A transformation method is applied to the problem of natural convection under the assumption of a large Grashof number. A vertical wavy surface is used as an example to demonstrate the advantages of the transformation method, and to show the heat transfer mechanism near such surfaces. Surface non-uniformities on the boundary layer flow induced by a constant was temperature, semi-infinite surface are investigated. Also the effects of Prandtl number, flow index, and surface amplitude in Non-Newtonian fluids are discussed. When possible, the comparison of the numerical results shows a good agreement. The amplitude is proportional to the amplitude of a wavy surface. The results demonstrate that the local heat flux along a wavy surface is smaller than that of a flat surface. The frequency of the wavy surface is half that of the local heat transfer rate. The amplitude of the local Nusselt number gradually decreases downstream where the natural convection boundary layer grows thick.
The present study has been conducted to examine the effect of obstacles around a cooling tower and an air-guide to prevent recirculation. In order to analyze the interaction between external flow and cooling tower exit flow, the external region as well as the cooling, tower are included in computational domain. Two dimensional analysis is performed using the finite volume method with non-orthogonal and unstructured grid system. The standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model is used. To investigate the recirculation phenomena, flow and temperature fields are calculated with three approaches such as, the distance between cooling tower and obstacle, the allocated geometrical type, and the effect of height of obstacle. In addition, the air-guide is considered in the current computation. The mean recirculation rate increases with the height of obstacle. The effect of air-guide to reduce the mean recirculation rate is obviously observed.
The boiler tube failure often experienced in the superheater of a utility boiler can seriously affect the economic and safe operation of the power plant. It has been known that this failure is mainly caused by the thermal load deviation in the superheater tube system, and deeply intensified by the non-uniform distribution of steam flow rates. The nonuniform steam flow is distinctively prominent at low power load rather than at full power load. In this paper, we analyze the steam flow distribution in the superheater tube system by using one dimensional flow network model. At 30% power load, the deviation of steam flow rate is predicted to be within 0.8% of the averaged flow rate. This deviation can be reduced to 0.1% and 0.07% by assuming two cases, that is, the removal of 13th tube at each tube rows and the installation of intermediate header, respectively. The assumed two cases would be effective for the uniform steam flow distribution across 85 superheater tube rows.
This article describes the numerical investigation of blood flow in the stenosed artery bifurcation with acceleration of the human body. Using the commercial software FLUENT, three-dimensional analyses were performed for six simulation cases with different body accelerations and bifurcation angles. The blood flow was considered to be pulsation flow, and the blood was considered to be a non-Newtonian fluid based on the Carreau viscosity model. In order to consider periodic body acceleration, a modified, time-dependent, gravitational-force term was used in the momentum equation. As a result, flow variables, such as flow rate and wall shear stress, increase with body acceleration and decrease with bifurcation angle. High values of body acceleration generate back flow during the diastolic period, which increases flow fluctuation and the oscillatory shear index at the stenosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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