Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers (한국추진공학회지)

The Korean Society of Propulsion Engineers (한국추진공학회)
권호 표지

A Fundamental Study of the Supersonic Microjet Flow

초음속 마이크로 제트 유동에 관한 기초적 연구

  • 정미선 (안동대학교 기계공학과 대학원) ;
  • 김현섭 (안동대학교 기계공학과 대학원) ;
  • 김희동 (안동대학교 기계공학부) ;
  • 박종호 (충남대학교 기계공학과)
  • Published : 2002.03.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Computational modeling and simulation can provide an effective predictive capability for the major features of the supersonic microjets. In the present study, computations using the axisymmetic, compressible, Navier-Stokes equations are applied to understand the supersonic microjet flow physics. The pressure ratio of the microjets is changed between 0.2 and 1.25 to obtain both the under- and over-expanded flows at the exit of the micronozzle. and Reynolds number Re is changed between 600 to 40000. For both laminar and turbulent microjet flows, sonic and supersonic microjets are simulated and compared with some experimental results available. Based on computational results, two microjets are discussed in terms of total pressure, jet decay and supersonic core length.

본 연구에서는 초음속 및 음속 마이크로 제트 유동의 특성을 파악하기 위해서 2차원 축대칭 압축성 Navier-Stokes 방정식을 이용한 수치해석을 수행하였다. 수치해석에서는 여러 형태의 난류모델을 적용하여 실험결과와 비교하였으며, 부족팽창과 과팽창 상태를 얻기 위하여 노즐 출구의 압력비 $P_b/P_e$를 0.2~l.25로 변화시켰다. 또, 레이놀즈 수 Re를 약 600~40000까지의 범위에서 변화시켜, $P_b/P_e$와 Re가 마이크로 제트 유동장에 미치는 영향을 조사하였다. 본 연구로부터 층류 제트의 특성은 난류 제트와는 달리 레이놀즈 수의 의존성이 크다는 것을 알았다.

Keywords

References

  1. Hagena, O. F., 1974, 'Molecular Beams and Low Density Gas Dynamics,' Ed. by P.P.Wegener, Dekker Inc
  2. 김희동, 이종수, 1996, '가스 미립화용 노즐로부터 방출되는 초음속 분류에 관한 실험적 연구(I),' 대한기계학회논문집(B), 제20권, 제2호, pp.697-709
  3. Quinlan, N. J., Kendall, M. A. F., Belliouse,B. J. and Ainsworth, R. W., 2000,'Investigations of Gas and Particle Dynamicsin First Generation Needle-Free Drug Delivery Devices,' Shock Waves Journal, Vol. 10, pp.395-401
  4. Burkoth, T. L., Bellhouse, B. J., Hewson,G., Longridge, D. J., Muddle, A. G. and Sarphie, D. F., 1999, 'Transdermal andTransmucosal Powdered Drug Delivery,'Critical Reviews in Therapeutic Drue CarrierSystems, Vol. 16, pp. 331-384 https://doi.org/10.1615/CritRevTherDrugCarrierSyst.v16.i4.10
  5. Fox, J. H., 1974, 'On the Structure of Jet Plums,' AIAA Journal, Vol. 12, pp. 105-107 https://doi.org/10.2514/3.49166
  6. Hu, T. and McLaughin, D., 1990, 'Flowand acoustic properties of low Reynoldsnumber underexpanded supersonic jets, Journal of Sound and Vibration, Vol. 141, pp.485-505 https://doi.org/10.1016/0022-460X(90)90640-L
  7. Love, E. S., Ghgsby, C. E., Lee, L. P. andWoodling, M. J., 1959, 'Experimental and Theoretical Studies of Axisymmetric Free Jet,'NASA TR R-6
  8. Adamson, T. and Nicholls, J., 1959, 'Onthe Structure of Jets from HighlyUnderexpanded Nozzles into still Air,' Journalof Aero space Science, Jan , pp. 16-24
  9. Kendall, M. A. F., Quinlan, N. J., Thorpe,S. J., Ainsworth, R. W. and Bellhouse, B. J.,1999, 'The Gas-Particle Dynamics of aHigh-Speed Needle-Free Drug Delivery System,' Shock Waves Journal, pp. 605-610
  10. Scroggs, S. D. and Settles, G. S., 1996,'An Experimental Study of Supersonic Microjets,' Experiments in Fluids, Vol. 21, pp.401-409 https://doi.org/10.1007/BF00189042
  11. Shirie, J. W. and Seubold, J. G., 1967,'Length of the Supersonic Core in High-SpeedJets,' AIAA Journal, Vol. 5, pp. 2062-2064 https://doi.org/10.2514/3.4369
  12. 정미선, 김현섭, 김희동, 2001,'초음속 마이크로 제트 유동에 관한 기초적 연구,' 대한 기계학회 추계학술대회 논문집(B), pp. 622-627