The $2^{nd}$ generation ice accretion analysis program has been developed and validated for various icing conditions. The essential feature of the $2^{nd}$ generation code lies in its capability of handling general 3-D geometry and improved accuracy. The entire velocity fields are obtained based on Navier-Stokes equations in order to take the massively separated flow field into account. Unlike $1^{st}$ generation code, the droplet trajectories are calculated using Eulerian approach, which is adopted to yield appropriate collection efficiency even in the shadow region. For improved thermodynamic analysis on the surfaces, water film model and modified Messinger model are newly included in the present analysis. The ice shape for a given time step is obtained by considering the exact amount of ice accreted on the surface. Each module of the icing analysis code has been seamlessly integrated on the OpenFOAM platform. The developed code was validated against available experimental data for 2D airfoils and 3D DLR-F4. Due to the lack of experimental data, the computed results of DLR-F4 were compared with those obtained from FENSAP-ICE, which is state-of-the-art 3D icing analysis code. It was clearly shown that the present code produces comparable results to those of FENSAP-ICE, in terms of prediction accuracy and the capability of handling general 3-D geometries.
Kim Kyu Chul;Namkung Jung Hwan;Lee Sang Jin;Rho Byung Joon
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.385-388
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2002
The researches of a two-phase atomizers have been carried out in the field of automotive and aerospace industries in order to improve the atomization performance of the liquid droplets ejecting from these nozzles. The smaller droplets have the advantages of the reduction of environmental pollution matter and effective use of energy through the improvement of heat and mass transfer efficiency. Thus, to propose the basic information of two-phase flow, an internal mixing atomizer was designed, its shape factor was 0.6 and the liquid feeding hole was positioned at the center of the mixing tube which was used to mix the air and liquid. The experimental work was performed in the field after the nozzle exit orifice. The measurement of the liquid droplets was made by PDPA system. This system can measure the velocity and size of the droplets simultaneously. The number of the droplets used in this calculation was set to 10,000. The flow patterns were regulated by ALR (Air to Liquid mass Ratio). ALR was varied from 0.1024 to 0.3238 depending on the mass flow rate of the air. The analysis of sampling data was mainly focused on the spray characteristics such as flow characteristics distributions, half-width of spray, RMS, and turbulent kinetic energy with ALR.
Jang D. S.;Park B. S.;Kim B. S.;Lee E. J.;Song W. Y.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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1996.05a
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pp.58-67
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1996
This paper describes some computational results of various energy and environmental systems using Patankar's SIMPLE method. The specific topics handled in this study are jet bubbling reactor for flue gas desulfurization, cyclone-type afterburner for incineration, 200m tall stack for 500 MW electric power generation, double skin and heat storage systems of building energy saving for the utilization of solar heating, finally turbulent combustion systems with liquid droplet or pulverized coal particle. A control-volume based finite-difference method with the power-law scheme is employed for discretization. The pressure-velocity coupling is resolved by the use of the revised version of SIMPLE, that is, SIMPLEC. Reynolds stresses are closed using the standard $k-{\varepsilon}$ and RNG $k-{\varepsilon}$ models. Two-phase turbulent combustion of liquid drop or pulverized coal particle is modeled using locally-homogeneous, gas-phase, eddy breakup model. However simple approximate models are incorporated for the modeling of the second phase slip and retardation of ignition without consideration of any detailed particle behavior. Some important results are presented and discussed in a brief note. Especially, in order to make uniform exit flow for the jet bubbling reactor, a well-designed structure of distributor is needed. Further, the aspect ratio in the double skin system appears to be one of important factors to give rise to the visible change of the induced air flow rate. The computational tool employed in this study, in general, appears as a viable method for the design of various engineering system of interest.
In an effort to illustrate the global variation of SMD (Sauter mean diameter, or $D_{32}$) and AMD (Arithmetic mean diameter, or $D_{10}$) at five axial downstream locations (i. e., at Z=30, 50, 80, 120, and 170 mm) under the different experimental conditions, the radial coordinate is normalized by the spray half-width. Experimental data to analyze the atomization characteristics concerning with an internal mixing type have been obtained using a PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer). The air injection pressure was varied from 40 kPa to 120 kPa. In this study, counterflowing internal mixing nozzles manufactured at an angle of $15^{\circ}$with axi-symmetric tangential-drilled four holes have been considered. By comparing the results, it is clearly possible to discern the effects of increasing air pressure, suggesting that the disintegration process is enhanced and finer spray droplets can be obtained under higher air assist. The variations in $D_{32}$ are attributed to the characteristic feature of internal mixing nozzle in which the droplets are preferentially ejected downward with strong axial momentum, and dispersed with the larger droplets which are detected in the spray centerline at the near stations and smaller ones are generated due to further subsequent breakup by higher shear stresses at farther axial locations. The poor atomization around the centre close to the nozzle exit is attributed to the fact that the relatively lower rates of spherical particles are detected and these drops are not subject to instantaneous breakup in spite of the strong axial momentum. However, substantial increases in SMD from the central part toward the edge of the spray as they go farther downstream are mainly due to the fact that the relative velocity of droplet is too low to cause any subsequent disintegration.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.12
no.1
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pp.29-36
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2008
Spray characteristics for APU gas turbine engine are investigated. In the test, four flight conditions such as sea level idle, sea level max power, 20,000 feet idle, 20,000 feet max power are used as spray experimental conditions. Spray visualization was performed by using ND-YAG laser bean PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) was used for measuring the particle diameter and velocity from 20 mm to 100 mm from discharge orifice. From the test result, SMD is $90{\sim}95\;{\mu}m$ 맛 20,000 ft idle condition and SMD is $60{\sim}75\;{\mu}m$ at sea level idle condition. Also SMD is $55{\sim}65\;{\mu}m$ at 20,000 ft max power condition and SMD is $30{\sim}70\;{\mu}m$ at sea level max power condition. In the case of 20,000 ft idle condition, combustion instability could be occurred due to the higher drop diameter. Therefore it is necessary to decrease the droplet diameter in the high altitude condition.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.5
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pp.109-117
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2002
An off-surface flow visualization experiments have been performed to investigate the flow field over a delta wing with the leading edge extension(LEX). The model is a flat wing with $65^{\circ}$ sweepback angle. The free stream velocity is 6.2 m/s, which corresponds to Reynolds number of $4.4\times10^5$ based on the wing root chord. The angle of attack and sideslip angle range from $16^{\circ}\sim28^{\circ}$ and $0^{\circ}\sim-15^{\circ}$, respectively. The visualization technique of using the micro water-droplet and the laser beam sheet enabled to observe the vortical flow structures, which can not be obtained by 5-hole probe measurements. With sideslip angle, the interaction and breakdown of the LEX and wing vortices was promoted in the windward side, whereas, it was suppressed in the leeward side.
Gang, Sin Jae;Song, Beom Geun;Song, Gi Jeong;Lee, Jeong Gyu
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.5
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pp.72-79
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2003
Spray characteristics were investigated by impinging F-O-O-F type injector with varying the impingement angle through 15, 20 and 30 degree and the mixture ratio(O/F ratio) from 1.5 to 3.0. Experimental results show that the correlation between dispersion and impingement angle is not influenced of the mixture ratio variation, but which has influence on number density, and there is a linear correlation between dispersion and impingement angle. Velocity distribution, standard deviation and SMD of droplets are decreased as the impingement angle increases. Also, it was confirmed that the distribution of droplet size are in accordance with Rosin-Rammler and Upper-limit distribution.
The present study has been performed to investigate the effect of statistical number of droplets on the simulation of the sprinkler spray using fire field model. In order to simulate the sprinkler spray characteristics, the present study uses NIST Fire Dynamics Simulator version 5.2. A group of Lagrangian particles with similar droplet characteristics, such as diameter, velocity, temperature and so on, is represented by parcel concept to decrease the total number of droplets tracked in the simulation. The present study introduces a new parameter to represent the ratio between real number of droplets and computational parcels. The dependency of the number of parcels on the fire suppression characteristics and spray patterns is quantitatively examined for different ratio between the real number of droplets and computational parcels.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.8
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pp.747-757
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2010
The ice accreted on the airfoil is one of the critical drivers that causes the degradation of aerodynamic performance as well as aircraft accidents. Hence, an efficient numerical code to predict the accreted ice shape is crucial for the successful design of de-icing and anti-icing devices. To this end, a numerical code has been developed for the prediction of glaze ice accretion shape on 2D airfoil. Constant Source-Doublet method is used for the purpose of computational efficiency and heat transfer in the icing process is accounted for by Messinger model. The computational results are thoroughly compared against available experiments and other computation codes such as LEWICE and TRAJICE. The direction and thickness of ice horn are shown to yield similar results compared to the experiments and other codes. In addition, the effects of various parameters - temperature, free-stream velocity, liquid water contents, and droplet diameter - on the ice shape are systematically analyzed through parametric studies.
Fire sprinkler initial spray was analyzed by Large eddy simulation (LES) and Volume of Fluid (VoF) integrated method. The IsoAdvector geometric VoF was used to identify the liquid-gas interface clearly even with the large Courant-Friedrichs-Lewy number. To reduce the computational costs, sector meshes and Adaptive Mesh Refinement up to level 3 were used. Base mesh size was 1 mm, which is roughly equivalent to the initial sprinkler droplet. Top surface radius of boss and deflector size were modified to investigate the effects of sprinkler head design on primary breakup process. When top surface radius of boss was increased, vertical liquid sheet was formed. This phenomenon reduced the sheet breakup radius, sheet thickness and velocity. Due to reduced liquid sheet thickness, a large amount of ligaments was created from the liquid sheet. As a result, there was a dramatic decrease in volume per surface area, indicating an increase in breakup process. Spray pattern viewed in radial direction also changed when top surface radius of boss increased. When top surface radius of boss was increased, a T-shaped pattern was observed while a V-shaped pattern was observed in all other cases. When the deflector size increases, the spray pattern remains V-shaped, even if the top surface radius of boss increased. Further studies on promoting atomization of the water supplied to the lower part of the sprinkler head in the T-shape pattern should be conducted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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