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

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1997.04a
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• pp.63-72
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• 1997

본 논문은 분사제트 주위에 형성되는 와류를 조절하여 제트를 제어하기 위하여 유동가시화, 속도분포 및 난류성분을 측정하는 실험을 수행하였다. 와류를 조절하기 위한 방법으로 제트노즐 주위에 환형관을 설치하여 환형관으로부터 2차제트를 분사 또는 흡입함으로써 제트주위에 형성되는 전단류를 변화시켰다. 2차제트 분사시 주제트 주위에 형성되는 와류의 발달을 억제함으로써 제트 포텐셜코어의 길이가 아주 길어지는 제트유동을 얻을 수 있었다. 환형관으로부터 주제트주위의 유체를 흡입하는 경우 제트주위의 전단류가 흡입비 R=1.3∼l.65에서 대류불안정성에서 절대불안정성으로 바뀜으로써 형성된 와류가 하류에서 제트중심부까지 발전, 결합되는 것을 방지하여 더 긴포텐셜코어와 중심에서 낮은 난류강도를 얻었다. 위의 결과는 환형관 주위에 부착한 깃의 높이 변화에 따라서 변화하였는데, 이것은 깃이 환형관을 통한 흡입유동의 유로역할을 함으로써 제트밖으로부터 흡입되는 것을 방지할 수 있었다. 분사제트 벡터링을 위하여 제트노즐 주위의 환형관을 이등분하여 한쪽으로만 제트주위의 유동을 흡입함으로써 제트주위에 다른 전단류를 형성함과 동시에 Coanda효과를 이용하여 분사제트를 편향시켰다. 편향되는 정도 및 난류성분은 홉입속도 비에 따라서 크게 바뀌었다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1998.10a
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• pp.27-27
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• 1998

제트에 있어서 유동특성은 제트초기의 생성되는 불안정성이 하류에서의 와류성장에 영향을 끼치게 되기 때문에 중요하게 되며, 와류의 조절을 통해 충돌면에의 열전달 효과의 변화를 가져올 수 있게 된다 따라서 본 연구에서는 FFT를 이용하여 제트의 와류생성과 병합의 주파수 특성을 연구하고, 이에 적절한 주파수로 와류를 여기 하여 자유제트의 유동특성 변화와 이에 따른 충돌 면에서의 충돌제트의 유동 및 열전달 특성을 고찰하였다. 제트의 음향을 통한 여기를 함으로써 생성되는 와류형성 및 병합 특성 변화는 연기열선법(smoke-wire method)과 속도 및 난류강도 특성 결과를 통해 확인 할 수 있었는데, 이는 자연적으로 생성되는 와류의 주파수(고유 주파수)와 관련하여 고유주파수의 조화성분 또는 부조화성분의 주파수를 가함으로써 와류의 병합을 촉진시키거나 억제하는 효과를 나타내기 때문이다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.1 no.2
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• pp.32-40
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• 1997

The velocity and turbulent intensity of the jet core are affected by the vortices around jet. By the control of vortex acoustically, we can expect the changes of the flow and heat transfer characteristics of free and impinging jets. On this paper, we studied the effects of vortex forcing. If vortex pairings are promoted by acoustic excitation, the turbulent intensity is increased and the high heat transfer coefficients are obtained at the small nozzle to plate distance. On the other hand, it has low turbulent intensity at the center of jet. However due to increase of potential core length, it is more effective at the large nozzle to plate distance. Therefore the excited frequency, especially its subharmonic frequency, has an important role to control the jet flows.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.1 no.1
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• pp.33-45
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• 1997

Axisymmetric shear layers around a free jet is forced by co-flowing and counter-flowing secondary jets from/to an annular tube around the jet nozzle. The jet potential core extends far downstream with co-flowing secondary jets due to inhibited vortex developing and pairing. For counter-flowing cases, the axisymmetric shear layer around the jet transits from convective instability to absolute instability for velocity ratios R＝1.3～l.65 for the uniform velocity jets. Consequently, the jet potential core length increases and the turbulence level in the jet core is reduced significantly. The jets are controlled better with extension collars attached to the outer nozzle exit because the annular secondary flow is guided well by the extension collars. For the vectoring of jet, the annular tube around the jet is divided in two parts and the only one part is used for suction. The half suction makes the different shear layer around the jet and vectoring the jet by Coanda effect. The vectoring and turbulent components are varied significantly by the suction ratio. The experiments are carried out to investigate the characteristics of forced free jets using flow visualization, velocity and turbulence measurements.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2004.10a
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• pp.137-140
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• 2004

Oscillating heat release associated with periodic vortex-flame interaction was investigated experimentally. Turbulent jet flames were stabilized with recirculating hot products in a dump combustor, and large-scale periodic vortices were imposed into the jet flame by acoustic forcing. Forcing frequencies and operating parameters were adjusted to simulate unstable combustor operation in practical combustors. The objectives were to characterize vortex-heat release interaction that leads to unwanted heat release fluctuations and to identify the proper fuel injection pattern that could be used for actively suppressing such fluctuations. Phase-resolved CH* chemiluminescence and schlieren images were used as diagnostic tools. The results were compared at corresponding phases of vortex shedding cycle.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.22 no.3
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• pp.386-398
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• 1998

The present experiment is conducted to investigate heat transfer characteristics on the impinging surface with secondary flows around circular nozzle jets. The changed vortex pattern around jet affects significantly the flow characteristics and heat transfer coefficients on the impinging surface. The effects of the jet vortex control are also considered with jet nozzle-to-plate distances and main jet velocities. The vortex pattern around a jet is changed from a convective instability to an absolute instability with a velocity suction ratio of the main jet and the secondary counterflow. With the absolute instability condition, the jet potential core length increases and the heat transfer on the impinging surface is increased by small scale eddies. The region of high heat transfer coefficients is enlarged with the high Reynolds number due to increasing secondary peak values. The effect of suction flows is influenced largely with collars attached the exit of the jet nozzle because the attached collar guides well the counterflow around the main jet.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.24 no.3
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• pp.373-381
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• 2000

The flow and heat transfer characteristics on the impingement surface can be controlled by the change of vortex with the acoustic excitation, because the flow characteristics of an impinging jet are affected strongly by the vortices formed at the jet exit. To investigate the effects of acoustic excitation, we measured the velocity, turbulent intensity distributions for the free jet and local heat transfer coefficients on a impingement surface. As the acoustic excitation, subharmonic frequency of excited frequency plays an important role to the control of the jet flow. If the vortex pairings are promoted by the acoustic excitation, turbulence intensity of the jet flow is increased quickly. On the other hand if the vortex pairings are suppressed, the jet flow has low turbulence intensity at the center of the jet. Therefore, the low heat transfer rates are obtained on the impingement plate for a small nozzle-to-plate distance. However, it has high heat transfer rates at a large distance between the nozzle and plate due to the increasing of potential-core length.