Characteristics of high temperature rocket nozzle flow is discussed along with the aspects of computational analysis. Three methods of nozzle flow analysis, frozen-equilibrium, shifting-equilibrium and non-equilibrium approaches, were discussed, those were coupled with the methods of computational fluid dynamics code. A chemical equilibrium code developed for the analysis of general hydrocarbon fuel was coupled with three approaches of nozzle flow analysis. The approaches were used for the performance prediction of KSR-III Rocket, and compared with the theoretical results from NASA CEA (Chemical Equilibrium with Applications) code.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.11a
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pp.341-344
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2008
Numerical simulations have been carried out for a supersonic two-dimensional flow over open, rectangular cavities (length-to-depth ratios are L/D = 1.0) in order to investigate the effect of non-equilibrium condensation of moist air on supersonic flows around the cavity for the flow Mach number 1.83 at the cavity entrance. In the present computational investigation, a condensing flow was produced by an expansion of moist air in a Laval nozzle. The results obtained showed that in the case with non-equilibrium condensation for L/D = 1.0, amplitudes of oscillation in the cavity became smaller than those without the non-equilibrium condensation. Furthermore, the occurrence of the non-equilibrium condensation reduced the peaks of power spectrum density and the frequency of the flow field oscillation increased in comparison with the case of $S_0$ = 0.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.448-451
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2008
Three methods of nozzle flow analysis, frozen-equilibrium, shifting-equilibrium and non-equilibrium approaches, were used to rocket nozzle flow, those were coupled with the methods of computational fluid dynamics code. For a design of high temperature rocket nozzle, chemical equilibrium analysis which shares the same numerical characteristics with frozen flow analysis can be an efficient design tool for predicting maximum thermodynamic performance of the nozzle. Frozen fluid analysis presents the minimum performance of the nozzle because of no consideration for the energy recovery. On the other hand, the case of chemical-equilibrium analysis is able to forecast the maximum performance of the nozzle due to consideration for the energy recovery that is produced for the fast reaction velocity compared with velocity of moving fluid. In this study, using the chemical equilibrium flow analysis code that is combined the modified frozen-equilibrium and the chemical-equilibrium. In order to understand the thermochemical characteristic components and the accompanying energy recovery, shifting-equilibrium flow analysis was carried out for the 30 $ton_f$-class KARI liquid rocket engine nozzle together with frozen flow. The performance evaluation based on the 30 $ton_f$-class KARI LRE nozzle flow analyses will provide an understanding of the thermochemical process in the nozzle and performances of nozzle.
Characteristics of high temperature rocket nozzle flow is discussed along with the aspects of computational analysis. Three methods of nozzle flow analysis, frozen-equilibrium, shifting-equilibrium and non-equilibrium approaches, were discussed those were coupled with the methods of computational fluid dynamics. A chemical equilibrium code developed for the analysis of general hydrocarbon fuel was coupled with three approaches of nozzle flow analysis, and a test was made for a bell nozzle at typical operation condition. As a results, the characteristics of the approaches were discussed in aspects of rocket performance, thermal analysis and computational efficiency.
The reaction rate, equilibrium, and flow injection analysis methods were fundamentally evaluated for the determination of aqueous ammonia. The selected indophenol blue method was based on the formation of indophenol blue in which ammonium ion reacted with hypochlorite and phenol in alkaline solution. In the optimized reaction condition, the reaction followed 1st order reaction kinetics and the final product was stable. The absorbance measurements before and after the equilibrium were utilized for the reaction rate and equilibrium methods. The reaction rate methods, based on the relative analytical signals for the possibility of eliminating interferents, were shown to have good linear calibration curves but the detection limit and the calibration sensitivity were poorer than those in the equilibrium method. The detection limits were 32-49 pub and 24 pub for the reaction rate and equilibrium methods, respectively In the flow injection analysis, the absorbance was measured before the equilibrium reached and thus resulted in 30% reduction of calibration sensitivity. However, the detection limit was 11 ppb, indicating that the peak-to-peak noise for the blank was remarkably improved. Compared to the manual methods, the optimized experimental condition in a closed reaction system reduced the blank absorbance and the inclusion of ammonia from the atmosphere was prevented. In addition, highly reproducible mixing of sample and reagents and analytical data extracted from continuous recording showed excellent reproducibility.
Kim, Hyung-Jin;Shin, Jin Young;Chae, Jeongheon;Ahn, Sangjun;Kim, Kyu Hong
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.2
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pp.90-97
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2019
Sparkjet actuator, also known as plasma synthetic jet actuator (PSJA), is an active flow control device that has possibility of controling supersonic flow. This actuator utilizes arc plasma to deposit energy onto the gas inside the cavity to raise temperature and pressure. A change in the state of the fluid inside the cavity generates pressure waves and momentum jet, and they are exhausted through out the orifice exit and disturb external flow field. Since the cavity flow is affected by arc plasma, which is an equilibrium plasma and have generated equilibrium flow, the equilibrium state of air should be considered in order to analyze the flow of sparkjet actuator. In this study, numerical program for equilibrium flow was developed for the use of sparkjet actuator analysis. The developed program was validated by comparing the time - accurate jet front positions with the reference result. Then, impulse characteristics of the actuator in the atmospheric quiescent air were explained.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.4
no.2
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pp.202-214
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2001
In this paper the upwind flux difference splitting Navier-Stokes method has been applied to study quasi one-dimensional nozzle flow and axisymmetric sphere-cone($5^{\circ}$) flow for the perfect gas, the equilibrium and the nonequilibrium chemically reacting hypersonic flow. The effective gamma(${ \tilde{\gamma}}$), enthalpy to internal energy ratio was used to couple chemistry with the fluid mechanics for equilibrium chemically reacting air. The influences of the various altitude(30km, 50km) at Mach number(15.0, 20.0) were investigated. The equilibrium shock position was located farthest downstream when compared with those of perfect gas in a quasi one-dimensional nozzle. The equilibrium shock thickness over the blunt body region was much thinner than that of perfect gas shock.
Kim, C.H.;Park, J.H.;Ko, D.G.;Kim, D.I.;Kim, Y.S.;Baek, J.H.
Journal of computational fluids engineering
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v.20
no.3
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pp.1-7
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2015
When the steam is used as working fluid in fluid machinery, different from other gases as air, phase transition (steam condensation) can occur and it affects not only the flow fields, but also machine performance & efficiency. Therefore, considering phase transition phenomena in CFD calculation is required to achieve accurate prediction of steam flow and non-equilibrium wet-steam model is needed to simulate realistic steam condensing flow. In this research, non-equilibrium wet-steam model is implemented on in-house code(T-Flow), the flow fields including phase transition phenomena in convergent-divergent nozzle are studied and compared to results of advance researches.
We consider some numerical solution methods for equilibrium equations Af + E$^{T}$ λ = r, Ef = s. Algebraic problems of this form evolve from many applications such as structural optimization, fluid flow, and circuits. An important approach, called the force method, to the solution to such problems involves dimension reduction nullspace computation for E. The purpose of this paper is to investigate the substructuring method for the solution step of the force method in the context of the incompressible fluid flow. We also suggests some iterative methods based upon substructuring scheme..
This paper discribes the viscous interaction of Hypersonic Wedge Flows using Roe FDS and AUSM+. For this purpose we developed the frozen and the equilibrium code and numerically simulated the viscous interaction by changing the surface temperature and the mach number. We used curve fitting data in NASA Reference Publication 1181, 1260 to calculate equilibrium properties. We compare the equilibrium flow with the frozen flow. We conclude that the mach number and the surface temperature are significant parameters, as the surface temperature and the mach number increase the viscous interaction becomes stronger, and we must consider high-temperature effects in hypersonic flow
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[게시일 2004년 10월 1일]
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