• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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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.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2004년도 제22회 춘계학술대회논문집
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• pp.418-425
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• 2004

Characteristics of a liquid-vapor interface where a nonequilibrium condensation flow exists are considered based on molecular dynamics simulations, The condensation coefficient, the velocity distributions of the reflected and evaporated molecules and the number flux of the evaporated molecules are compared with those under the liquid-vapor equilibrium. The comparison shows that the condensation coefficient under the nonequilibrium condensation is slightly larger and the number flux of the evaporated molecules is considerably smaller than those under the liquid-vapor equilibrium. The net condensation flux under the nonequilibrium condensation is underestimated if it is evaluated from the condensation coefficient and the number flux of the evaporated molecules under the liquid-vapor equilibrium. However the underestimation is relatively small.

• 대한기계학회논문집B
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• 제26권7호
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• pp.951-958
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• 2002

Rapid expansion of a moist air or a stream through a supersonic nozzle often leads to non-equilibrium condensation shock wave, causing a considerable energy loss in flow field. Depending on amount of latent heat released due to non-equilibrium condensation, the flow is highly unstable or a periodical oscillation accompanying the condensation shock wave in the nozzle. The unsteadiness of the condensation shock wave is always associated with several kinds of instabilities as well as noise and vibration of flow devices. In the current study, a passive control technique using a porous wall with a plenum cavity underneath is applied for the purpose of alleviation of the condensation shock oscillations in a transonic nozzle. A droplet growth equation is coupled with two-dimensional Navier-Stokes equation system. Computations are carried out using a third-order MUSCL type TVD finite-difference scheme with a second-order fractional time step. An experiment using an indraft wind tunnel is made to validate the present computational results. The results show that the oscillations of the condensation shock wave are completely suppressed by the current passive control method.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권6호
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• pp.23-29
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• 2003

얇은 익형 주위에 다양한 응축 과정을 수반하는 상대 습도가 100%인 포화 습공기 천음속 이상 유동에 대하여 연구하였다. 본 연구는 Rusak 과 Lee[11, 12]가 발전시킨 그리고 응축에 의한 열 증가의 효과를 포함하는 확장된 천음속 미 교란 모델을 사용하였고, 응축 과정은 서로 다른 두 가지 형태의 응축 과정을 고려한다. 먼저, 비 평형 균질 과정(nonequilibrium and homogeneous process)에서의 응축 질량비는 고전적 핵형성 이론과 작은 물방울 성장이론에 따라 계산되고, 평형과정(equilibrium process)에서의 응축 질량비는 등엔트로피 가정으로부터 계산된다. 유동 방정식과 응축 방정식들은 반복수치 계산법을 사용하여 그 해를 구하였다. 상류 유동 조건을 같게 하여 얻은 수치계산 결과들은 유동구조, 응축장, 그리고 익형 표면에서의 압력분포 등을 묘사한다. 유동특성, 즉 충격파의 위치와 강도 그리고 익형의 압력분포 등은 서로 다른 두 응축과정에서 각각 다른 유동특성을 나타냈다. 하지만, 각각의 응축과정에서 응축 결과로 생긴 열 증가는 유동거동에 상당한 변화를 야기 시키고 익형의 공력 성능에도 상당한 영향을 미친다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권12호
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• pp.785-792
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• 2016

본 연구에서는 NACA0012 천음속 익형 유동에 있어 비평형 응축이 항력 발산 마하수 $M_D$에 미치는 영향을 TVD 유한 차분법을 사용하여 연구하였다. 받음각 ${\alpha}$가 동일한 경우, 정체점 상대습도 ${\phi}_0$가 높을수록 충격파 직전의 최대 마하수 $M_{max}$는 작게 되고 초음속 영역의 크기도 적게 된다. 주류 마하수 $M_{\infty}$, 정체점 상대습도 ${\phi}_0$ 및 정체온도 $T_0$가 동일한 경우 받음각 ${\alpha}$가 클수록 비평형 응축영역 길이 ${\Delta}_z$은 짧게 된다. 한편, 주류 마하수 $M_{\infty}$와 받음각 ${\alpha}$가 동일한 경우 정체점 상대습도 ${\phi}_0$가 높을수록 조파저항의 감소 때문에 항력계수 $C_D$는 적어진다. $M_D$는 ${\alpha}$가 동일한 경우 ${\phi}_0$가 클수록 크게 되며, ${\phi}_0$가 동일한 경우는 ${\alpha}$가 클수록 $M_D$는 적게 된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권3호
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• pp.219-225
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• 2014

본 연구에서는 NACA0012/14/15 천음속 에어포일 유동에서 비평형 응축이 충격파 진동에 미치는 영향을 TVD 수치해석을 통하여 연구하였다. 주류 마하수 0.81-0.90에 대해, 정체점 상대습도 및 에어포일의 기하학적 형상이 유동 특성에 미치는 영향이 구명되었다. 받음각 ${\alpha}=0^{\circ}$, 정체점 온도(288K) 및 주류 마하수가 0.87인 경우, 정체점 상대습도의 증가는 Terminating Shock의 충격파 강도를 약화시킨다. 정체점 상대습도가 30%인 경우 961Hz이던 충격파의 진동수가 60%일 때는 912Hz로 약 5% 감소한다. 정체점 상대습도가 동일한 경우는 주류 마하수가 클수록 충격파의 진동수 및 이동거리는 크게 된다. 또, 진동의 한 주기에 대해 항력계수의 변화도 구명되었다. 정체점 상대습도가 높을수록 최대 항력 계수는 작고, 항력계수의 변화폭 또한 감소한다. 한편 에어포일의 최대 두께가 두꺼울수록 초음속 영역의 크기는 증가하며 충격파의 진동수 및 이동거리도 증가한다.

• 대한기계학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.463-469
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• 1990

A rapid expansion of moist air of condensible gas through a supersonic nozzle gives rise to condensation of nonequilibrium and equilibrium processes. Because most of the effects of condensation on the flow are caused by process of nonequilibrium condensation, it is very important to know the onset. condition of nonequilibrium condensation. In the present study, the relation between the initial relative stagnation humidity and the onset Mach number, for the case of the similarity law suggested by Zierep and Lin. Furthermore, the present theoretical result number is compared with the experimental, numerical and other results.

• 한국전산유체공학회지
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• 제20권3호
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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.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제17권12호
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• pp.2066-2077
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• 2003

The time-dependent behavior of unsteady condensation of moist air through the Ludwieg tube is investigated by using a computational fluid dynamics (CFD) work. The two-dimensional, compressible, Navier-Stokes equations, fully coupled with the condensate droplet growth equations, are numerically solved by a third-order MUSCL type TVD finite-difference scheme, with a second-order fractional time step. Baldwin-Lomax turbulence model is employed to close the governing equations. The predicted results are compared with the previous experiments using the Ludwieg tube with a diaphragm downstream. The present computations represent the experimental flows well. The time-dependent unsteady condensation characteristics are discussed based upon the present predicted results. The results obtained clearly show that for an initial relative humidity below 30% there is no periodic oscillation of the condensation shock wave, but for an initial relative humidity over 40% the periodic excursions of the condensation shock occurs in the Ludwieg tube, and the frequency increases with the initial relative humidity. It is also found that total pressure loss due to unsteady condensation in the Ludwieg tube should not be ignored even for a very low initial relative humidity and it results from the periodic excursions of the condensation shock wave.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권12호
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• pp.1009-1015
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• 2014

본 연구는 NACA0012 천음속 에어포일 유동에 있어서 비평형 응축이 Force 계수(압력, 양력 및 항력계수)에 미치는 영향을 TVD 수치해석을 통하여 연구하였다. 정체점 온도 298 K, 받음각 ${\alpha}=3^{\circ}$인 경우, 주류 마하수 0.78~0.81에서는 정체점 상대습도의 증가함에 따라 양력은 단순 감소한다. 반면 Lift force break 마하수 영역의 주류 마하수에서는 정체점 상대습도의 증가에 따라 양력은 오히려 증가한다. 받음 각 ${\alpha}=3^{\circ}$, 정체점 상대습도가 0%인 경우, 주류 마하수의 증가에 따라 항력은 급격하게 증가하지만, 응축의 영향이 큰 60%인 경우에는 주류 마하수의 증가에 조금 증가할 뿐이다. 동일한 주류 마하수인 경우 비평형 응축에 따른 전 항력의 감소는 받음각과 정체점 상대습도가 증가할수록 크게 된다. 응축이 없는 ${\Phi}_0=0%$인 경우는 주류 마하수가 크고 받음각이 클수록 Wave drag은 크게 되나 응축의 영향이 비교적 큰 ${\Phi}_0=50%$ 이상인 경우는 오히려 Wave drag이 작아지는 것으로 나타났다. 한편, 정체점 상대습도가 낮고, 주류 마하수가 클수록 충격파 직전의 최대 마하수는 커지는 것으로 나타났다.