The present study investigates the pressure drop characteristics in rotating two-pass ducts. The duct has an aspect ratio (W/H) of 0.5 and a hydraulic diameter $(D_h)$ of 26.67mm. Rib turbulators are attached crossly in the four different arrangements on the leading and trailing surfaces of the test ducts. The ribs have a rectangular cross section of $2mm(e){\times}3mm(w)$ and an attack angle of $70^{\circ}C$. The pitch-to-rib height ratio (pie) is 7.5, and the rib height-to-hydraulic diameter ratio $(e/D_h)$ is 0.075. The results show that the highest pressure drop among each region appears in the turning region for the stationary case, but appears in the upstream region of the second pass for the rotating case. Effects of cross rib arrangements are almost the same in the first pass for the stationary and rotating cases. In the second pass, however, heat transfer and pressure drop are high for the cases with cross NN or PP type ribs in the stationary ducts. In the rotating ducts, they are high for the cases with cross NP or PP type ribs.
The present study investigates the pressure drop characteristics in rotating two-pass ducts. The duct has an aspect ratio (W/H) of 0.5 and a hydraulic diameter $(D_h)$ of 26.67mm. Rib turbulators are attached parallel in the four different arrangements on the leading and trailing surfaces of the test ducts. The ribs have a rectangular cross section of $2m(e){\times}3mm(w)$ and an attack angle of $70^{\circ}C$. The pitch-to-rib height ratio (p/e) is 7.5, and the rib height-to-hydraulic diameter ratio $(e/D_h)$ is 0.075. The results show that the highest pressure drop among each region appears in the turning region for the stationary case, but appears in the upstream region of the second pass for the rotating case. Effects of parallel rib arrangements are almost the same in the first pass for the stationary and rotating cases. In the second pass, however, heat transfer and pressure drop are high for the cases with parallel NN or PP type ribs in the stationary ducts. In the rotating ducts, they are high for the cases with parallel NN or PN type ribs.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제20권4호
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pp.81-89
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1996
In the present study, the unsteady in a square-selctional 180.deg. curved duct are experimentally investigated. The experimental study using air in a square-sectional 180.deg. curved duct is carried out to measure axial velocity distributions with data acquisition and processing system. In this system, Rotating Machinery Resolver(RMR) and PHASE Software are used to obtain the results of unsteady flows. In conclusion, the exact measurement of unsteady flow using LDV system depends upon uniformity of metreials, duct thickness, and scattered particles.
The present study investigates the effects of various rib arrangements and rotating on heat/mass transfer in the cooling passage of gas turbine blades. The cooling passage has very complex flow structure, because of the rib turbulator and rotating effect. Experiments and numerical calculation are conducted to investigate the complex flow structures and heat transfer characteristics; the numerical computation is performed using a commercial code, FLUENT ver.5, to calculate the flow structures and the experiments are conducted to measure heat/mass transfer coefficients using a naphthalene sublimation technique. For the rotating duct tests, the test duct, which is the cross section of is $20mm\times40mm$ (the hydraulic diameter, $D_h$, of 26.7 mm, has two-pass with $180^{\circ}$ turning and the rectangular ribs on the wall. The rib angle of attack is $70^{\circ}$ and the maximum radius of rotation is $21.63D_h$. The partition wall has 10 mm thickness, which is 0.5 times to the channel width, and the distance between the tip of the partition wall and the outer wall of the turning region is 26.7 mm $(1D_h)$. The turning effect of duct flow makes the very complex flow structure including Dean type vortex and high turbulence, so that the heat/mass transfer increases in the turning region and at the entrance of the second pass. The Coriolis effect deflects the flow to the trailing surface, resulting in enhancement of the heat/mass transfer on the trailing surface and reduction on the leading surface in the first pass. However, the opposite phenomena are observed in the second pass. The each rib arrangement makes different secondary flow patterns. The complex heat/mass transfer characteristics are observed by the combined effects of the rib arrangements, duct rotation and flow turning.
The present study investigated local pressure drop in a rotating smooth square duct with turning region. The duct has a hydraulic diameter $(D_h)$ of 26.7mm and a divider wall of 6.0mm or $0.225D_h$. The distance between the tip of the divider and the outer wall of the duct is $1.0D_h$. The Reynolds number (Re) based on the hydraulic diameter is kept constant at 10,000, and the rotation number (Ro) is varied from 0.0 to 0.20. The pressure coefficient distribution $(C_p)$, the friction factor (f) and the thermal performance $({\eta})$ are presented on the leading, the trailing and the outer surfaces. It is found that the curvature of the $180^{\circ}-turn$ produces Dean vortices that cause the high pressure drop in the turning region. The duct rotation results in the pressure coefficient discrepancy between the leading and trailing surfaces. That is, the high pressure values appear on the trailing surface in the first-pass and on the leading and side surfaces in the second-pass. As the rotation number increases, the pressure discrepancy enlarges. In the fuming region, a pair of the Dean vortices in the stationary case transform into one large asymmetric vortex cell, and then the pressure drop characteristics also change.
The present study showed that a quantitative analogy of the fully developed laminar flows inorthogonally rotating rectangular ducts and stationary curved rectangular ducts of arbitrary aspect ratio could be established. In order to clarify the similarity of the two flows, the dimensionless parameters $K_{LR}$ =Re/√Ro and Rossby number Ro= $w_{m}$/$\Omega$d in a rotating strait duct were used as a set corresponding to Dean number $K_{LC}$ =Re/√λand curvature ratio λ=R/d in a stationary curved duct. Under the condition that the value of Rossby number and curvature ratio was large enough, the flow field satisfied the ‘asymptotic invariance property’: there were strong quantitative similarities between the two flows such as friction factors, flow patterns, and maximum axial velocity magnitudes for the same values of $K_{LR}$ and $K_{LC}$ .
Hot-wire measurements are reported on the developing turbulent flows subject to plane rate of strain in a rotating $90^{\circ}$ dog bend. The cross-section of the bend varies from $100mm{\times}50mm$ rectangular shape at the bend inlet gradually to the $50mm{\times}100mm$ shape at the bend outlet with remaining a constant area. Data signals from the rotating test section are transmitted through a slip ring to the personal computer which is located at the outside of the rotating disc. 3-dimensional velocity and 6 Reynolds stress components were calculated from the equations which correlate the fluctuating and mean voltage values measured with rotating a slant type hot-wire into 6 orientations. The effects of Coriolis and centrifugal forces on the mean motions and turbulence structures are investigated with respect to rotational speed.
Developing turbulent flows in a rotating 90 degree bend with square cross-section were measured by a hot-wire anemometer. The six orientation hot-wire technique was applied to measured the distributions of 3 mean velocities and 6 Reynolds stress components. Effects of Coriolis and centrifugal forces caused by the curvature and rotation of bend on the mean motion and turbulence structures were experimentally investigated Productive addition of Coriolis and centrifugal forces to the outward radial direction in the entrance region of bend increases the secondary flow intensity according to the rotational speeds. However, after 45 degree of bend, centrifugal force due to the rotation of bend may promote the break down of counter rotating vortex pair into multi-cellular pattern, thereby decreasing the production rate of turbulence energy and Reynolds stresses.
The present study investigates heat/mass transfer characteristics in rotating two-pass ducts of three different aspect ratios with 90-ribbed surfaces. The results show that the flows generated by the 180-turn, rib turbulators, and duct rotation. The curvature of the 180-turn produces Dean vortices causing high heat/mass transfer in the turning region and in the upstream region of the second-pass. The rib turbulators disturb the main flow by producing reattachment and separation near the ribbed surfaces, and increase heat/mass transfer in the region between the ribs. As the rotation number increases, the heat/mass transfer discrepancy between the leading and the trailing surfaces become larger.
A numerical study was conducted to show the effect of aspect ratio on the analogy of the developing laminar flows between in orthogonally rotating straight duct and in a stationary curved duct of rectangular cross-section. In order. to clarify the similarity of two nows, dimensionless parameters (equation omitted) and Rossby Ro= $w_{m}$$\Omega$$d_{h}$, in a rotating straight duct were used as a set corresponding to Dean number, (equation omitted), and curvature ratio, λ=R/ $d_{h}$, in a stationary curved duct. Four. different aspect ratios A=0.25, 0.5, 2 and 4 were considered. Under the condition that the magnitudes of Ro and λ were large enough to satisfy the 'asymptotic invariance property' and the aspect ratio was larger than 1, there were strong quantitative similarities between the two flows such as flow patterns, friction factors, and maximum axial velocity magnitudes fur the same values of $K_{LR}$ and $K_{LC}$ . On the other hand, as the aspect ratio decreased below 1 (A=0.25 and 0.5), the difference of the secondary flow intensity between these two flows was enhanced and therefore the analogy of two flows was not so evident as that of the larger aspect ratio (A=2 and 4). 4).nd 4).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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