The heat transfer enhancement by pulsating flow in a plate heat exchanger has been experimentally investigated in this study. The effect of the pulsating flow, such as pulsating frequency and flow rate on the heat transfer as well as pressure drop in a plate heat exchanger has been studied in detail. Reynolds number in cold side of a plate heat exchanger is varied 100∼530 while that of hot side is fixed at 620. The pulsating frequency is considered in the range of 5∼30 Hz. The results of the pulsating flow are also compared with those of steady flow. It is found that the average heat transfer rate as well as pressure drop is increased as flow rate is increased for both steady flow and pulsating flow cases. When pulsating flow is applied to the plate heat exchanger, heat transfer could be substantially increased in particular ranges of pulsating frequency or Strouhal number; St=0.36∼0.60 and pressure drop is also increased, compared with those of steady flow. However, in the region of low pulsating frequency or high pulsating frequency, heat transfer enhancement is in meager. Heat transfer enhancement map is suggested based on Strouhal number and Reynolds number of pulsating flow.
The heat transfer enhancement by pulsating flow in a plate heat exchanger has been experimentally investigated in this study. The effect of the pulsating flow, such as pulsating frequency and flow rate, on the heat transfer as well as pressure drop in a plate heat exchanger has been studied in detail. Reynolds number in cold side of a plate heat exchanger is varied $100{\sim}530$ while that of hot side is fixed at 620. The pulsating frequency is considered in the range of $5{\sim}30$ Hz. The results of the pulsating flow are also compared with those of steady flow. It is found that the average heat transfer rate as well as pressure drop is increased as flow rate is increased for both steady flow and pulsating flow cases. When pulsating flow is applied to the plate heat exchanger, heat transfer could be substantially increased in particular ranges of pulsating frequency or Strouhal number; $St=0.36{\sim}0.60$ and pressure drop is also increased, compared with those of steady flow.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제20권5호
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pp.58-67
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1996
In the present study, the pressure distribution, wall shear stress distribution and friction factor of developing turbulent pulsating flows are investigated theoretically and experimentally in the entrance region of a square duct. The pressure distribution for turbulent pulsating flows are in good agreement with the theoretical values. The time-averaged pressure gradients of the turbulent pulsating flows show the same tendency as those of turbulent steady flows as the time-averged Reynolds number $(Re_{ta})$ increase. Mean shear stresses in the turbulent pulsating flow increase more in the inlet flow region than in the fully developed flow region and approach to almost constant value in the fully developed flow region. In the turbulent pulsating flow, the friction factor of the quasi-steady state flow $({\lambda}_{q, tu})$ follow friction factor's law in turbulent steady flow. The entrance length of the turbulent pulsating flow is not influenced by the time-averaged Reynolds number $(Re_{ta})$ and it is about 40 times as large as the hydraulic diameter.
Exhaust system is composed of several parts. Among, them , design of muffler system strongly influences on engine efficiency and noise reduction. So , through comprehension of flow characteristics inside muffler is necessary . In this study , three-dimensional steady and unsteady compressible flow analysis was performed to understand the flow characteristics, pressure loss and amplitude variation of pulsating pressure. The computational grid generation was carried out using commercial preprocessor ICEM CFD/CAE. And the three-dimensional fluid motion inside the muffler was analyzed by STAR-CD, the computational fluid dynamics code. RNG k-$\varepsilon$ tubulence model was applied to consider the complexity of the geometry and fluid motion. The steady and unsteady flow field inside muffler such as velocity distribution, pulsating pressure and pressure loss was examined. In case of unsteady state analysis, velocity of inlet region was converted from measured pulsating pressure. Experimental measurement of pressure and temperature was carried out to provide the boundary and initial condition for computational study under three engine operating conditions. As a result of this study, we could identify the flow characteristics inside the muffler and obtain the pressure loss, amplitude variation of pulsating exhaust gas.
터보과급기는 엔진에 장착하여 연비를 개선하는 효과적인 장치로 디젤엔진과 가솔린엔진 모두에서 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 승용차용 가솔린엔진에 사용되는 트윈스크롤 터보과급기에서 발생하는 맥동유동의 질량유량을 측정하였다. 자체 설계 제작한 맥동유동장치를 사용하여 맥동이 있는 비정상상태에서 유동의 질량유량을 측정하였고, 맥동이 없는 정상상태의 질량유량과 비교 분석하였다. 맥동유동장치는 회전하는 상판과 고정된 하판을 사용하여 변하는 엔진의 배기밸브 유효면적을 반영하였다. 맥동이 있는 비정상상태 질량유량을 측정하기 위하여 차압식 압력계를이용한 오리피스 유량계를 사용하였다. 이때 기체의 온도와 절대압력을 측정하여 기체 밀도 변화를 고려하였다. 터보과급기의 저속 성능을 분석하기 위하여 압축공기를 사용하여 터보과급기 회전속도 60,000rpm에서 100,000rpm의 범위에서 측정을 수행하였다. 비정상상태의 질량유량은 정상상태와 비교하여 크게 다른 결과를 보였다. 정상상태 질량유량 계수는 터빈 팽창비가 증가함에서 따라 증가하지만, 비정상상태 질량유량 계수는 정상상태 값 주변의 히스테리시스 루프를 형성하며 변화량은 정상유동 기준 최대 5.0배이다. 이것은 맥동유동에 의하여 터빈 볼류트 공간에서 충진과 방출이 일어나기 때문이다.
This study is on the performance of the perforated tube muffler when it operates as an exhaust silencer with through-flow, steady or pulsating. Theoretical estimation of the insertion loss was made by means of transfer matrix and by using the impedance equation for the perforated tube obtained for the case of low-speed steady through-flow. Experiment was performed for the measurement of the insertion loss at two flow conditions. The one is a steady flow from the exhaust pipe of an idling diesel engine. The effect of the through-flow velocity and steadiness on the muffler performance was obtained. By comparing the theoretical prediction with the experimental result, the validity of the impedance equation in the theoretical model was discussed. It has been found that steadiness as well as magnitude of the through-flow has a significant effect on the performance of the perforated tube muffler. Especially, the self-noise due to the pulsating flow in the engine exhaust system must be taken into account for the prediction of the muffler performance.
Cylindrical chokes are used widely as components of hydraulic equipments. The dynamic characteristics between flowrate and pressure drop through the cylindrical chokes were discussed by the frequency characteristics of the chokes. It was assumed no pressure recovery occurred near the downstream of the choke. The pulsating jetflow from the outlet of cylindrical chokes show very complex behaviours which are quite different from the steady jet flow but it's not clarified quantitatively. In order to utilize the chokes as a flowmeter, it is indispensable to discuss the estimation of the dynamics of pressure drop in the downstream jetflow region of cylindrical chokes. In this experimental study, it is clarified that the reattachment length depended on pressure wave is compared with it depended on velocity wave. A pulsating flow is verified by visualization method. In the present study, the flow characteristic variables of laminar pulsating flow are investigated analytically and experimentally in a circular pipe. Characteristic parameters of the ratios of inertia(.PHI.$_{t,1}$) and viscous(.PHI.$_{z,1}$) term to pressure term are introduced to describe the flow pattern of laminar pulsating flow. flow.low.
The flow characteristics of developing turbulent pulsating flows are investigated experimentally in the entrance region of a square duct ($40mm{\times}40mm$ and 4,000mm). Mean velocity profiles, turbulence intensity and entrance length are measured by using a hot-wire anemometer system together with data acquisition and processing systems. It is found that the velocity waveforms are not changed in the fully developed flow region where that $x/Dh{\geq}40$. For turbulent pulsating flow, the turbulent components in the velocity waveforms increase as the dimensionless transverse position approaches the wall. Mean velocity profiles of the turbulent steady flows follow the one-seventh power law profile in the fully developed flow region. Turbulence intensity increases as the dimensionless transverse position increases from the center to the wall of the duct, and is slightly smaller in the accelerating phase than in the decelerating phase for the turbulent pulsating flows. The entrance length of the turbulent pulsating flow is about 40 times as large as the hydraulic diameter under the present experimental conditions.
In the present study, flow characteristics of turbulent pulsating flow in a square-sectional $180^{\circ}$ curved duct were experimentally investigated. Experimental studies for air flows were conducted to measure axial velocity and wall shear stress distributions and entrance length in a square-sectional $180^{\circ}$ curved duct by using the LDV with the data acquisition and the processing system. The experiment was conducted in seven sections from the inlet (${\phi}=0^{\circ}$) to the outlet (${\phi}=180^{\circ}$) at $30^{\circ}$ intervals of the duct. The results obtained from the experimentation were summarized as follows ; (1) When the ratio of velocity amplitude ($A_1$) was less than one, there was hardly any velocity change in the section except near the wall and any change in axial velocity distributions along the phase. When the ratio of velocity amplitude ($A_1$) was 0.6, the change rate of velocity was slow. (2) Wall shear stress distributions of turbulent pulsating flow were similar to those of turbulent steady flow. The value of the wall shear stress became minimum in the inner wall aid gradually increased toward the outer wall where it became maximum. (3) The entrance length of turbulent pulsating flow reached near the region of bend angle of $90^{\circ}$, like that of turbulent steady flow. The entrance length was changed by the dimensionless angular frequency (${\omega}^+$).
An experimental apparatus was prepared to investigate thermal and hydrodynamic characteristics of regenerator at cryogenic temperature under pulsating pressure condition. The regenerator was pressurized and depressurized by a compressor with various operating frequencies. Cold end of the regenerator was maintained around 100 K by means of a liquid nitrogen heat exchanger. Instantaneous gas temperature and mass flow rate were measured at both ends of the regenerator during the whole pressure cycle. Pulsating pressure drop across the regenerator was also measured to see if it could be predicted by a friction factor at steady flow condition. The operating frequency of pressure cycle was varied between 3 and 60 Hz, which are typical operating frequencies of Gifford-McMahon, pulse tube, and Stilting cryocoolers. First, the measured friction factor for typical wire screen mesh regenerator was nearly same as steady flow friction factor for maximum oscillating Reynolds number up to 100 at less than 9 Hz. For 60 Hz operations, however, the discrepancy between oscillating flow friction factor and steady flow one was noticeable if Reynolds number was higher than 50. Second, the ineffectiveness of regenerator was directly calculated from experimental data when the cold-end was maintained around 100 K and the warm-end around 293 K, which simulates an actual operating condition of cryogenic regenerator. Influence of the operating frequency on ineffectiveness was discussed at low frequency range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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