• Proceedings of the KSME Conference
• /
• 2000.04b
• /
• pp.479-484
• /
• 2000

A Navier-stokes based finite volume method has been developed to analyze an incompressible, steady state, turbulent wall-jet flow. The standard k-e model, the RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ model and their nonlinear counterparts are adopted as a closure relationship. Comparison with the experimental data shows that a linear ${\kappa}-{\varepsilon}$ model performs satisfatorily for two-dimensional wall-jet flows. However, as the flow becomes three dimensional, the linear model fails to predict the spanwise jet growth accurately and the nonlinear model needs to be adopted to capture three-dimensional flow characteristics.

• Journal of Energy Engineering
• /
• v.10 no.3
• /
• pp.272-277
• /
• 2001

An experimental study of jet impinging the non-isothermal heating surface with linear temperature gradient is conducted with the presentation of the turbulent flow characteristics and the heat transfer rate, represented by the Nusselt number. The jet Reynolds number ranges from 15,000 to 30,000, the temperature gradient of the plate is 2~4.2$^{\circ}C$/cm and the dimensionless nozzle to plate distance (H/D) is from 2 to 10. The results show that the peak of heat transfer rate occurs at the stagnation point, and the heat transfer rate decreases as the radial distance from the stagnation point increases. A remarkable feature of the heat transfer rate is the existence of the second peak. This is due to the turbulent development of the wall jet. Maximum heat transfer rate occurs when the axial distance from the nozzle to nozzle diameter (H/D) is 6 or 8. The heat transfer rate can be correlated as a power function of Prandtl number, Reynolds number, the dimensionless nozzle to plate distance (H/D) and temperature gradient (dT/dr). It has been found that the heat transfer rate increases with increasing turbulent intensity. The wall jet is influenced by temperature gradient and the effect becomes more important at higher radii.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.65-65
• /
• 2021

보를 월류하는 흐름에 대하여 하류 수심이 보의 높이보다 낮고, 보 월류 후 수심의 공액수심보다 작거나 크고 같은 경우를 각각 자유도수와 수중도수라고 한다. 수중도수가 발생하는 경우 하류 수심이 보의 경사면을 따라 흐르는 하강류를 덮게 되며 유속을 감쇄시키기 때문에 최대 유속은 자유도수에 비해 매우 작게 발생한다. 그러나 수중도수는 자유도수에 비해 에너지 감쇄 효율이 낮기 때문에 도수구간의 거리가 증가하게 된다. 따라서 인명피해를 발생시키는 도수구간 재순환영역의 길이를 검토하는 것이나 보 하류 바닥보호공 길이 설계를 위해 수중도수에서의 흐름에 대하여 검토하는 것은 중요하다. 본 연구에서는 k-ω SST 난류모형을 이용하여 보 월류 후 발생하는 수중도수를 수치모의하고 평균흐름과 난류량의 종방향 변화에 대하여 검토하였다. 기존 실험수로에 k-ω SST 난류모형을 사용하여 모형의 적용성을 검토하였다. 다양한 하류 수심을 설정하여 평균흐름과 난류량에 대한 침수도의 영향 및 자유도수 계산결과와 벽면 제트 결과를 함께 비교하였다. 검토 결과 수중도수는 평균흐름과 난류량의 변화율이 자유도수보다 작고 벽면 제트보다는 큰 것을 확인하였다. 또한 침수도가 증가되면서 평균흐름과 난류량의 변화율이 작아지는 것을 확인하였다. 이것은 침수도의 변화에 따른 역압력경사의 차이에 의한 것으로 판단된다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.25 no.6
• /
• pp.751-757
• /
• 2001

An experimental study of impinging jet-flow structure has been carried out for a fully developed single circular jet impingement cooling on a flat plate, and the effect of the wall thickness at nozzle exit edge is investigated. Impinging jet flow structures have been measured by Laser-Doppler Velocimeter to interpret the heat transfer results presented previously by Yoon et al.(sup)(10) The peaks of heat transfer rate are observed near the nozzle edge owing to the radial acceleration of jet flow when the nozzle locates close to the impingement plate. The growth of the velocity fluctuations in the wall jet flow is induced by the vortices which originate in the jet shear layer, and consequently the radial distribution of local Nusselt numbers has a secondary peak at the certain radial position. As a wall of circular pipe nozzle becomes thicker for small nozzle-to-target distance, the entrainment can be inhibited, consequently, the acceleration of wall jet flow is reduced and the heat transfer rate decreases.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 2000.04a
• /
• pp.15-15
• /
• 2000

제트 베인에 의한 추력 방향 제어 장치는 롤 운동 제어를 가능하게 하고, 큰 선회 각도를 얻을 수 있는 장점이 있으나, 기계 장치가 비교적 복잡하고, 제트 베인의 열적, 구조적 문제를 해결하여야 한다. 복잡한 기계 장치는 유동 해석의 측면에서 고려해 볼 때 격자 형성을 어렵게 만들어 유동장 해석을 통한 성능예측을 어렵게 만든다. 구조물의 응력해석을 위하여 제트 베인 표면에서의 정압력과 더불어 마찰력도 고려하여야 하는데, 정확한 마찰력 계산을 위해서는 난류 모델링이 필수적이고, 그에 따라 벽면 근처에서 격자를 밀접시키는 것이 요구된다. 본 연구에서는 상용 유동해석 소프트웨어인 Fluent를 사용하여 제트 베인이 장착된 추력 방향 제어 장치의 3차원 난류 유동장 계산을 수행하였다. 피치, 요 운동의 경우와 롤 운동의 경우로 구분하여 계산하였으며, 최대 받음각을 $25^{\cire}$ 로 하여 제트 베인의 받음각에 따라 회전축에 작용하는 힘과 모멘트를 계산하였다. 본 연구의 결과는 향후 개발될 제트 베인이 장착된 추력 방향 제어 장치의 개념설계 단계에 필요한 기본자료로서 신뢰도를 높이는데 도움이 되리라 판단된다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 1998.04a
• /
• pp.9-9
• /
• 1998

가스터빈 연소기의 난류유동장을 구성하는 기본적인 유동형태는 크게 밀폐관내의 돌연 확대를 가지는 동축제트, 선회유동, 그리고 연소공기공 및 회석공기공을 통해 연소실에 수직방향으로 유입되는 제트유동 등으로 분류할 수 있다. 실제 가스터빈 연소기내의 난류유동장을 수치해석하기 위해서는 임의의 형상을 갖는 3차원 유동장을 모사할 수 있는 수치해석법과 고차정확도를 유지하면서도 수렴안정성을 만족시키는 대류항 처리기법 등과 같은 수치모델의 개발이 선행되어야 하며, 이와 함께 복잡한 난류연소유동장을 정확히 묘사할 수 있는 난류모델 및 난류연소모델의 개발 및 검증이 가장 중요한 요인이 된다. 또한 가스터빈 연소기의 최적 설계는 넓은 작동구간에서 높은 효율, NOx 및 CO 배기량의 저감, 희박연소 가연한계의 확장, 연소계통에서의 낮은 압력강하, 낮은 연소벽면온도와 온도구배를 유지시키기 위한 공기에 의한 충분한 냉각 같은 서로 상충되는 설계조건을 만족해야 한다. 그리고, 이러한 상충된 연소설계조건들을 충족시키는 최적 연소기의 설계를 위해서는 실험적인 연구뿐만 아니라 연소기내의 물리적인 현상을 잘 반영할 수 있는 물리적 모델을 바탕으로 한 연소유동의 해석적인 연구를 필요로 한다. 본 연구에서는 원통형 가스터빈 연소기의 등온 및 연소유동장, 그리고 연소기와 연결되는 Scroll 내부의 난류유동장에 대한 수치해석을 수행하여 수치 및 물리모델의 예측능력을 검증하였고, 가스터빈 연소유동장 해석에 관련된 중요 논점들에 대하여 심도있게 분석하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.41 no.5
• /
• pp.329-339
• /
• 2017

Impingement jets have been applied in a wide variety of fields as they provide significantly high heat transfer on the impingement-jet stagnation zone. However, the crossflow in an impingement chamber developed by spent wall jets can disrupt and deflect the downstream jets in the array, leading to a decrease in the cooling performance of an array of impingement jets. A numerical analysis is made of the fluid flow and heat transfer characteristics in a corrugated structure that traps the spent air in the corrugations between impingement jets and reduces crossflow effects on downstream jets. All computations are performed by considering a three-dimensional, steady, and incompressible flow by using the ANSYS-CFX 15.0 code. The effects of the configuration parameters of the corrugated structure on crossflow reduction of the array of impingement jets are presented and discussed.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 1997.11a
• /
• pp.8-9
• /
• 1997

산업의 발달과 환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 고효율, 저공해인 가스터빈의 응용범위가 넓어지고 있는 추세이다. 가스터빈 기관의 효율을 높이기 위해서는 터빈 입구온도를 높이는 것이 필수적인데 이는 재질에 의해 제한 받게 되고 이 때문에 효과적인 냉각방법의 필요성이 대두되었다 충돌제트는 국소적으로 높은 열/물질 전달 효과를 얻을 수 있어서 터빈 블레이드 냉각과 연소기 벽면 냉각에 효과적으로 응용 될 수 있다. 이러한 충돌제트의 냉각효과는 제트출구의 초기조건에 매우 민감한데 Kelvin-Helmholts 불안정은 불안정한 자유전단층에서 자연적인 와류생성(roll up)과 개개의 와류고리 형성의 원인이 되고 이 고리의 성장과 병합(pairing)은 제트의 유동특성에 상당히 영향을 미친다. 제트주위에 생성되는 이러한 와류에 의해 제트중심에서 속도와 난류강도가 변하게 된다. 이러한 제트초기의 불안정성은 하류에서의 와류성장에 영향을 끼치기 때문에 와류의 조절에 의한 충돌 면에의 열 전달 효과 상승을 기대할 수 있다. 이 조절방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 하나는 제트주의 환형관에 이차유동을 가하여 와류를 직접 제어함으로써 자유전단류(free shear layer flow)의 안정성 원리를 이용하여 열 전달을 촉진하는 것이고 다른 하나는 음향여기(acoustic exitation)를 사용하여 제트주위의 와류형성을 조절하는 것인데, 자연적으로 형성되는 와류의 주파수(와류의 고유주파수)나 부조화 주파수(subharmonic)로 음향여기 시키는 경우 제트 주위 와류는 더욱 증폭되고 그렇지 않은 경우 제트주위 와류의 형성이 억제되어 더 긴 제트코어의 길이 및 제트코어 주위에서 작은 크기의 와류들이 형성된다.

• Journal of Energy Engineering
• /
• v.20 no.2
• /
• pp.96-102
• /
• 2011

This research has been proceeded over the transition region(H/B=10) of two-dimensional impinging air jet system, in which square rods has been set up in front of heating surface in order to increase heat transfer. The objective of this research was to investigate the characteristics of heat transfer and air flow, in cases the clearance from rods to heating surface(C=1, 2, 4, 6 mm) and the width of rods(W=4, 6, 8 mm) changed. And this research compared the above with the experimentation without rods. As result, heat transfer performance was best under the condition of C=1 mm, and as the width is 8 mm, it is largely influenced by eddies and acceleration in case width of rods changed.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
• /
• v.10 no.3
• /
• pp.357-366
• /
• 1986

The flow characteristics of two-dimensional turbulent offset jet which is discharged parallel to a solid wall has been studied experimentally and numerically. In the experiment, 3-hole pitot tube and 2 channel constant temperature hot-wire anemometer are used to measure local mean velocity, turbulence intensity and Reynolds stress while scannivalve is used to measure the wall pressure distribution. It is confirmed experimentally that local mean velocity is closely related to wall pressure distribution. It is also verified that for large Reynolds numbers and fixed step height there exists a similarity in the distribution of wall pressure coefficient. The maximum values of turbulence intensity occur in the top and bottom mixing layers and the magnitude of Reynolds stress becomes large in the lower mixing layer than in the top mixing layer due to the effect of streamline curvature and entrainment. In the numerical analysis, standard k-.epsilon. model based on eddy viscosity model and Leschziner and Rodi model based on algebraic stress model are adopted. The numerical analyses predict shorter reattachment lengths than the experiment, and this difference is judged to be due mainly to the problem of turbulence model constants and numerical algorithm. This also causes the inconsistency between the two results for other turbulence quantities in the recirculation region and impingement region, which constitutes a subject of a continued future study.