Naphthalene sublimation technique is employed to investigate the mass transfer processes from a square cylinder in cross flow and from the plate on which the cylinder is mounted vertically.
Local mass transfer rates on the square cylinder in the two dimensional region are measured with various Reynolds numbers and at different angles of attack. Distribution of local mass transfer coefficients on each face of the cylinder changes dramatically with the angle of attack, and such variation is closely connected with the flow parameters. Average sherwood number has a minimum value at α=12˚-13˚, and has maximum at α=20˚-25˚. The dependence of Sherwood number on the Reynolds number is different from face to face. A comparison of the present mass transfer measurement with other heat transfer measurements, using the heat/mass transfer analogy, shows good agreement in average transfer rates, but slight differences in local values.
Detailed distribution of mass transfer rates both on the square cylinder and on the base plate near the plate-cylinder junction region are obtained under conditions of various Reynolds numbers, boundary layer thicknesses, and angles of attack. A remarkable enhancement of mass transfer is observed due to the horseshoe vortex system. Multiple vortices, which include the primary horseshoe vortex, the corner vortex and two pairs of counterrotating vortices, are found to affect the mass transfer process. The influenced region on the cylinder extends to a height of about one side length of the cylinder, and the whole affected area on the base plate extends approximately 1.5d upstream, 1.5d to the side, and 3d downstream from the center of the protruding cylinder. Variation of either Reynolds number or initial boundary layer thickness does not significantly change the location of the peaks created by the horseshoe vortex system, but only affect the magnitude of the local mass transfer rate. As the angle of attack increases, the mass transfer peak created by counterrotating vortces diminishes. On the other hand, the influence of the corner vortex is still strong regardless of the angle of attack.
Surface flow on the base plate is visualized using oil-lampblack technique. Streaks of the corner vortex and the counterrotating vortices in the visualization picture compare quite well with the trails of the peak of mass transfer created by these vortices, respectively.
사각봉이 평판에 수직으로 놓여 있을때 사각봉과 기판에서의 물질전달 현상을 나프탈렌승화법을 이용하여 연구하였다. 사각봉의 2차원 유동영역과, 사각봉과 기판이 만나는 3차원 유동영역에서의 국소물질전달계수를 각각 측정하여 고찰하였다.
직교흐름중에 사각봉이 놓여 있을때 사각봉의 2차원 유동영역에서는 유동의 정체ㆍ가속ㆍseparationㆍreattachmentㆍvortexㆍshedding 등의 현상이 발생한다. 이러한 복잡한 유동현상이 물질전달에 미치는 영향을 Rey-nolds 수, angle of attack 을 변화시켜 가면서 관찰하였다. 열전달과 물질전달의 유사성을 검토하기 위해서 Igarashi 의 열전달 측정값과 비교한 결과, 국소전달계수는 약간의 차이를 보이나 평균전달계수는 매우 잘 일치함을 알 수 있었다.
사각봉과 직교기판이 만나는 곳에서는 horseshoe vortex 라 불리우는 매우 복잡한 3차원 유동이 발생하여 전달현상을 크게 변화시킨다. 이러한 vortex들은 크기가 매우 작기 때문에 기존의 유동실험이나 열전달실험으로는 그 특성을 알아내는 것이 불가능하지만, 나프탈렌승화법을 이용한 물질전달실험은 매우 자세하고 정밀하게 vortex의 생성과 전달현상에 미치는 영향을 관찰할 수 있음을 알았다. horseshoe vortex가 물질전달에 미치는 영향을 Reynolds 수, 경계층두께, angle of attack을 변화시켜 가면서 관찰하였다. 지금까지 잘 알려지지 않은 여러가지 크고 작은 vortex들을 발견하고, 이들이 사각봉과 직교기판에서의 물질 전달에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였다.
oil-lampblack을 사용하여 표면유동가사화 실험을 행하고, 기판에서 형성된 vortex들이 지나간 흔적과 물질전달 peak의 분포를 비교 검토하였다.
