Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.23
no.1
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pp.104-111
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2017
This research focuses on simulation and visualization of flow field characteristics inside a centrifugal pump. The 3D numerical analysis was carried out by using a numerical CFD tool, addressing a Reynolds Average Navier-Stock code with a standard k-${\varepsilon}$ two-equation turbulence model. The simulation accounts for friction head loss due to rough walls at suction, impeller, discharge areas and volumetric head loss at impeller wear ring. A comparison of performance curves between simulation and experimentation is included, and it reveals a same trend of those results with a small difference of maximum 5 %. At best efficiency point, velocity vectors are smooth but it changes significantly under off-design point, a strong recirculation appears at the outlet of impeller passages near tongue area. A relatively uniform preassure distribution was observed around the impeller in despite of the tongue. Within the volute, because of its geometry, spiral vortexes formed, proving that the flow field in this region was relatively turbulent and unsteady.
General behaviors based on hydraulic characteristics of natural streams and channels have been recently analyzed and developed via various numerical models. However in the states of natural hydraulics, an experimental research must be performed simultaneously with the mathematical analysis due to effects of hydraulic properties such as meander, sediment, and so on. In this study based on 2-D advection-dispersion equation, flow and tracer experiments were performed in the S-curved meandering laboratory channel with a rectangular cross-section. The channel was equipped with instrument carriages which was equipped with an auto-traversing system to be used with velocity measuring sensors throughout the depth and breadth of the flow field. To measure concentration distribution of the salt solution was adjusted to that of the flume water by adding methanol and a red dye (KMnO4) was added to aid the visualization of the tracer cloud, the tracer was instantaneously injected into the flow as a full-depth vertical line source by the instantaneous injector and the initial concentration of the tracer was 100,000 mg/l. The secondary current as well as the primary flow pattern was analyzed to investigate the flow distribution in the meandering channels. The velocity distribution of the primary flow for all cases skewed toward the inner bank at the first bend, and was almost symmetric at the crossovers, and then shifted toward the inner bank again at the next alternating bend. Thus, one can clearly notice that the maximum velocity occurs taking the shortest course along the channel, irrespective of the flow conditions. The result of the tracer tests shows that pollutant clouds are spreading following the maximum velocity lines in each cases with various mixing patterns like superposition, separation, and stagnation of pollutant clouds. Flow characteristics in each cases performed in this study can be compared with tracer dispersion characteristics with using evaluation of longitudinal and transverse dispersion coefficients(LDC, TDC). As expected, LDC and TDC in meandering parts have been evaluated with increasing distribution and straight parts have effected to evaluate minimum of LDC and TDC due to symmetric flow patterns and attenuations of secondary flow.
A time-resolved two-phase PIV system using a single camera has been developed, which introduces a method of image separation into respective phase images, and is applied to freely rising single bubble. Gas bubble, tracer particle and background have different gray intensity ranges on the same image frame when reflection and dispersion in the phase interface are intrinsically eliminated by optical filters and fluorescent particles. Further, the signals of the two phases do not interfere with each other. Gas phase velocities are obtained from the separated bubble image by applying the two-frame PTV. On the other hand, liquid phase velocities are obtained from the tracer particle image by applying the cross-correlation algorithm. As a result, the bubble rises rectilinearly just after it is released from an injector and then has a zigzag motion in the far field. From the trajectory of the bubble, it is found that the period of the zigzag motion is closely related to the vortex shedding although the wavelength of it varies along its movement.
A straightforward strategy for particle image velocimetry (PIV) interrogation and post-processing has been proposed, aiming at reducing errors and clarifying vortex structures. The interrogation window size should be kept small to reduce bias error and improve spatial resolution. A spatial filter is then applied to the velocity field to reduce random error and clarify flow structure. The performance of three popular spatial filters were assessed: box filter, median filter, and local quadratic polynomial regression filter. In order to quantify random uncertainty, the image matching (IM) method is applied to an experimental dataset of homogeneous and isotropic turbulence (HIT) obtained by 2D-PIV. We statistically analyze the uncertainty propagation through the spatial filters, and verify the reduction in random uncertainty. Moreover, we illustrate that the spatial filters help clarify vortex structures using vortex identification criteria. As a result, PIV random uncertainty was reduced and the vortex structures became clearer by spatial filtering.
Pipe failure due to thermal fatigue and environmental regulations are increasing the importance of pipe monitoring systems in industrial plants. Since most pipe monitoring systems are focus on external crack inspected, it is necessary to temperature and concentration measuring monitoring system inside the pipe. These systems have spatial uncertainty due to sample inspection by one-point measurement. In addition, real-time measurement is not possible due to the limitation of time delay due to contact measurement. In this study, CT-TDLAS (Computed tomography-Tunable diode laser absorption spectroscopy) apply to overcome the limitations of existing methods. Lasers exhibiting an absorption response at a wavelength of 1395 nm were arranged in a lattice pattern on measuring cell. It showed that the inside of the pipe changed to an unstable combustion state over time.
Mushtaq, Ali;Beomseok, Cha;Muhammad, Soban Khan;Hyunwoo, Jeon;Song Ha, Lee;Woohyuk, Kim;Jeongu, Ko;Jinsoo, Park
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.20
no.3
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pp.19-26
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2022
In droplet microfluidics, precise droplet manipulation is required in numerous applications. This study presents ultrasonic surface acoustic wave (USAW)-based microfluidic device for label-free droplet separation based on size. The proposed device is composed of a slanted-finger interdigital transducer on a piezoelectric substrate and a polydimethylsiloxane microchannel placed on the substrate. The microchannel is aligned in the cross-type configuration where the USAWs propagate in a perpendicular direction to the flow in the microchannel. When droplets are exposed to an acoustic field, they experience the USAW-induced acoustic radiation force (ARF), whose magnitude varies depending on the droplet size. We modeled the USAW-induced ARF based on ray acoustics and conducted a series of experiments to separate different-sized droplets. We found that the experimental results were in good agreement with the theoretical estimation. We believe that the proposed method will serve as a promising tool for size-based droplet separation in a label-free manner.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.8
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pp.774-779
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2008
An experimental study on the micro-supersonic jet flow fields has been carried out. A sonic nozzle of 440 ${\mu}m$-exit diameter and a Laval nozzle of 800 ${\mu}m$ exit diameter with the nozzle exit Mach number 2.0 were fabricated by stretching a micro Pyrex glass tube for the present experiments. Schlieren flow visualization and Pitot pressure distribution of the jet flow field were obtained. Representative characteristics of the jet flow fields such as, supersonic length, jet core length, similarity of the velocity field, and jet spreading rates, have been observed. All the results were compared to previous observations of larger supersonic jets of higher Reynolds numbers, and it was found that overall characteristics of the micro supersonic jet are qualitatively similar as those of the higher Reynolds number jets, except the jet core length and the jet spreading rate.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.1
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pp.17-25
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2017
An experimental study was performed for the combustion-field visualization of the burner which burns the liquid hydrocarbon fuel atomized by an ultrasonic oscillator. Configurations of the flame and temperature gradient were caught by both high-speed camera and thermo-graphic camera, and those images were analyzed in detail through a post-processing. In addition, the fuel consumption was measured using the balance during the combustion reaction. As a result, the consumption of atomized fuel increased with the increasing flow-rate of carrier-gas, but any correlation between the air/fuel ratio and carrier-gas flow-rate was not found at the low flow-rate condition. Also, the combustion-field grew and reaction-temperature rose due to the strengthening of combustion reaction with the increasing flow-rate of carrier-gas and power consumption of ultrasonic oscillator.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.10
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pp.934-939
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2007
Thrust vector control(TVC) is the method which generates the side force and moment by controlling the exhausting gas directly from the supersonic nozzle to change the trajectory of a missile quickly. In this paper, performance study on the tapered ramp tabs asymmetrically installed in the supersonic nozzle exhaust for the thurst vector control has been carried out using the supersonic cold flow system. To study the shock wave structure and location of the oblique shock wave produced by the ramp tab, the flow field visualization using the schlieren system is conducted. This paper provides the thrust spoilage, three directional forces and moments and distribution of surface pressure on the region enclosed by the tapered ramp tabs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.12
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pp.983-991
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2009
The heat transfer phenomenon was investigated in this study when a circular water jet with low velocity flows to the downward facing heated circular plate and against the direction of gravity. Data are presented for jet flow rate between 0.23 and 2.3 l/min, jet fluid temperature of 24$^{\circ}C$, heat fluxes between 345 and 687 W/m$^2$, H/D=1, 2 and 3 with a single round jet diameter 2mm. The effects of heat flux, jet velocity and H/D on the local heat transfer are investigated in for the various regions of jet impingement. The local heat transfer distributions are analyzed based on the visualization of jet flow field. Data from experimental results are correlated by expressions of the form Nu=0.01$Re^{0.58}{\cdot}Pr^{0.4}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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