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Unsteady turbulent thermal diffusion of two-dimensional surface discharge of heated water into a rectangular reservoir = 2次元 表面 溫排水의 非正常 亂流熱擴散에 관한 硏究
서명 / 저자 Unsteady turbulent thermal diffusion of two-dimensional surface discharge of heated water into a rectangular reservoir = 2次元 表面 溫排水의 非正常 亂流熱擴散에 관한 硏究 / Sang-Joon Lee.
저자명 Lee, Sang-Joon ; 이상준
발행사항 [서울 : 한국과학기술원, 1986].
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초록정보

Thermally stratified unsteady flow caused by two-dimensional surface discharge of warm water into a rectangular reservoir is investigated. The basic objectives are to develop a measurement system for the unsteady flow phenomena, to study the interfacial mixing between a flowing layer of warm water and the underlying body of cold water and to accumulate experimental data to test computational turbulence models. In addition, it is also attempted to prove the uniqueness of the Richardson number as a controlling parameter for the thermal mixing driven by buoyancy. For this purpose, the same Richardson numbers are produced by different combinations of velocity, depth of the warm layer and the temperature difference between the incoming water and that in the reservoir. Mixing process at the thermal interface was visualized with thymol blue solution. Mean velocity field measurement is carried out by using NMR-CT(Nuclear Magnetic Resonance-Computerized Tomography). It detects quantitative flow image of any desired section in any direction of flow in short time. Test images of isothermal steady flow are compared with the velocity measurements by the Laser Doppler Velocimeter (LDV), which are found to be in good agreement. It is also proved that the NMR-CT phase encoded flow imaging technique is a very valuable tool to measure slowly-varying transient flow field. It is found that the Richardson number uniquely determines the integral structure of the flow field, and the buoyancy plays a major role to control the turbulent diffusion process. The results also show that the warm layer penetrates more rapidly into the cold layer at lower Richardson number because of strong turbulent diffusion and decrease of its stability, which is clearly verified by flow visualization using thymol blue solution. For lower Richardson number, surface velocity decays more rapidly along the downstream direction and temperature gradient near the interface is very small. The heat transfer across the interface is found to be more vigorous than that of the momentum transfer.

사각 단면의 2차원 닥트로 온수를 표면 방출 시킬때 발생하는 비정상 난류 열확산 현상을 연구하였다. 본 논문의 연구목적은 이와 같은 비정상 흐름현상의 연구에 필요한 측정 시스템을 개발하고, 열적으로 성층화 되어 있는 온수층과 냉수층사이의 계면혼합을 연구하는 것이며, 또한 이론적 연구를 뒷받침하기 위한 실험데이타를 축적하는 것이다. 온도구배에 의한 성층화유동에서 안정성을 나타내는 무차원 수로 널리 이용되고있는 리차드슨 수(Ri)를 변수로 하여, 표면 열방출에 따른 온도분포, 속도분포, 계면에서의 혼합현상 등을 연구하였다. 또한 같은 Ri 값을 갖는 다른 조건들의 실험을 수행함으로써, 이와 같은 열확산 현상 해석에서 사용되는 지배변수로서의 Ri 수의 유일성을 확인하였다. 측정방법 및 기술적문제로 지금까지 제한을 받아오던 속도장의 과도적 변화를 인체 단층 촬영에 사용되고 있는 핵자기공명 단층촬영기 (NMR-CT) 를 이용하여 측정하였다. 새롭게 개발된 NMR 위상 영상법을 사용하여 원하는 임의 단면에서의 정량적인 유속영상을 짧은 시간내에 구할 수 있었다. 표면 방출된 등은 정상 흐름의 유속영상을 LDV로 측정한 결과와 비교함으로써 NMR유속 영상법을 검증하였다. 또한 몇가지 추가적인 예제실험을 통하여 그 유용성과 응용가능성을 확인하였다. 온도장의 과도적 변화는 가느다란 유리관에 장착하여 만든 열전대 다발과 마이크로 콤퓨터에 기초한 데이타 측정 시스템으로 구하였다. 티몰 부루 수용액을 이용한 가시화기법은 열 경계층(계면)에서의 혼합현상을 연구하는데 유용하였다. 계면은 시간경과 및 유동 방향에 따라 밑으로 내려가는데, Ri 수가 작을수록 하강 정도가 크며 입구측에서의 구배도 급격하다. Ri 수가 클수록 (Ri >1)부력의 안정화 효과에 의하여 계면에서의 난류 혼합이 강하게 억제되어 진다. 열방출에 따른 영향 예측에 필요한 낮은 Ri 수의 실험에서, Ri 수가 작을수록 두층 사이의 혼합이 활발하며 변곡점 부근의 온도구배가 완만하며, 운동량이동은 열전달에 비해 활발하지 않음을 알았다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DME 8601
형태사항 xiv, 137 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 Includes appendix
저자명의 한글표기 : 이상준
지도교수의 영문표기 : Myung-Kyoon Chung
지도교수의 한글표기 : 정명균
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 Reference : p. 122-128
주제 Unsteady flow (Fluid dynamics)
Thermal diffusivity.
Nuclear magnetic resonance spectroscopy.
난류. --과학기술용어시소러스
부정류. --과학기술용어시소러스
난류 확산. --과학기술용어시소러스
이차원 흐름. --과학기술용어시소러스
열 확산. --과학기술용어시소러스
Laser doppler velocimeter.
Turbulence.
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