Kim, Mun-Ki;Oh, Jeong-Seog;Choi, Young-Il;Yoon, Young-Bin
한국가시화정보학회:학술대회논문집
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2007.11a
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pp.149-154
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2007
This study examines the effect of acoustic excitation using forced coaxial air on the flame characteristics of turbulent hydrogen nonpremixed flames. A resonance frequency was selected to acoustically excite the coaxial air jet due to its ability to effectively amplify the acoustic amplitude and reduce flame length and NOx emissions. Acoustic excitation causes the flame length to decrease by 15 % and consequently, a 25 % reduction in EINOx is achieved, compared to a flame without acoustic excitation. Moreover, acoustic excitation induces periodical fluctuation of the coaxial air velocity, thus resulting in slight fluctuation of the fuel velocity. From phase-lock PIV and OH PLIF measurement, the local flow properties at the flame surface were investigated under acoustic forcing. During flame-vortex interaction in the near field region, the entrainment velocity and the flame surface area increased locally near the vortex. This increase in flame surface area and entrainment velocity is believed to be a crucial factor in reducing flame length and NOx emission in coaxial jet flames with acoustic excitation. Local flame extinction occurred frequently when subjected to an excessive strain rate, indicating that intense mass transfer of fuel and air occurs radially inward at the flame surface.
In this study, extreme wind speeds in the Western North Pacific (WNP) were estimated using reanalysis wind fields synthesized with an empirical typhoon vortex model. Reanalysis wind data used is the Fifth-generation European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis (ERA5) data, which was deemed to be the most suitable for extreme value analysis in this study. The empirical typhoon vortex model used has the advantage of being able to realistically reproduce the asymmetric winds of a typhoon by using the gale/storm-forced wind radii information in the 4 quadrants of a typhoon. Using a total of 39 years of the synthesized reanalysis wind fields in the WNP, extreme value analysis is applied to the General Pareto Distribution (GPD) model based on the Peak-Over-Threshold (POT) method, which can be used effectively in case of insufficient data. The results showed that the extreme analysis using the synthesized wind data significantly improved the tendency to underestimate the extreme wind speeds compared to using only reanalysis wind data. Considering the difficulty of obtaining long-term observational wind data at sea, the result of the synthesized wind field and extreme value analysis developed in this study can be used as basic data for the design of offshore structures.
Fan performances are obtained with various tip clearance gaps and stagger angles of the rotor. A tested fan is an axial-type fan of which the casing diameter is 806 mm. Two different rotors are applied to this test. One is designed on the basis of the free vortex method along the radial direction and the other is designed using the forced vortex method. The operating conditions are varied to the ultimate off-design point as well as the deign point. Overall efficiency, total pressure and input power are compared with the tip clearance gaps and different stagger angle. The experimental results show that changing of the stagger angle has minor influence to the performance when the same rotor is applied. When the tip clearance gap is less than 5% of the rotor span, the overall efficiency, total pressure loss and input power reduction are varied linearly with the variation of the tip clearance gaps. On the design point, the overall efficiency is decreased to the rate of 2.8-2.9 to the increasing of the tip clearance, but the changing rate of the overall efficiency is alleviated when the fan operates at off-design points. In particular, this rate is more quickly declined on a fan with the rotor designed using the forced vortex method. The result of the total pressure shows that the pressure reduction rate is a 0.08-0.1 according to the tip clearance, and additionally the input power reduction rate is a 0.045-0.065 at design point.
A few fluid structure interaction analyses have been developed for turbomachinery blades in comparison with aircraft wings. Also, the existing aeroelastic analyses for turbomachinery blades have been mostly limited to cases with a steady freestream. In reality, however, the inflowing freestream is often pulsating. Therefore, this paper presents stability and forced response analyses of an isolated three-dimensional blade under pulsating freestream conditions. A new three-dimensional unsteady vortex lattice model under a pulsating freestream has been developed in discrete time domain to examine unsteady aerodynamic forces acting on a vibrating blade. The blade's structural behaviors have been analyzed by using a three-dimensional plate model. In the aeroelastic analysis, the flutter onset of a blade under pulsating freestream is predicted by the Floquet analysis. The new time domain method can predict aeroelastic stability as well as time history.
An experimental study was carried out in a three-dimensional cubic cavity driven by 2-dimensional plane Poiseuille flow for three kinds of Reynolds number, $10^4$, 3 $\times$$10^4$ and 5 $\times$$10^4$ based on the cavity width and cavity inlet mean flow velcoity. Instant simultaneous velocity vectors at whole field were measured by 2-D PIV system. Laser based illumination and two-frame grey-level cross correlation algorithm are adopted. Severe unsteady flow fluctuation within the cavity are remarkable at above Re = 3 $\times$$10^4$ Reynolds numbers and sheared mixing layer phenomena are also found at the region where inlet driving Poiseuille flow is collided with the clock-wise rotating main primary vortex at upper center area. Instant velocity profiles reveal that deformed forced vortex formation is observed throughout the separate two areas.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.21
no.5
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pp.557-563
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1997
The unsteady flow in three-dimensional cubic cavity with narrow channel at upper region is investigated experimentally for three kinds of Reynolds number, 1*10/sup 4/, 3*10/sup 4/ and 5*10/sup 4/ based on the cavity width and cavity inlet mean flow velocity. Instant velocity vectors are obtained simultaneously at whole field by PIV(Particle Image Velocimetry). Wall pressure distributions are estimated using Poisson equation from the velocity data. Results of PIV reveal that severe unsteady flow fluctuation within the cavity are remarkable at all Reynolds numbers and sheared mixing layer phenomena are also found at the region where inlet driving flow is collided with the clock-wise rotating main primary vortex. Instant velocity profiles reveal that deformed forced vortex formation is observed throughout the entire region and spanwise kinetic energy migration is conspicuous.
The mechanism of wind-induced ovalling vibrations of cylindrical shells is numerically investigated by using a vortex method. The subject of this paper is limited to a two-dimensional structure in the subcritical regime. The aerodynamic stability of the ovalling vibrations in the second to fourth circumferential modes is discussed, based on the results of a forced-vibration test. In the analysis, two modal configurations are considered; one is symmetric and the other is anti-symmetric with respect to a diameter parallel to the flow direction. The unsteady pressures acting on a vibrating cylinder are simulated and the work done by them for one cycle of a harmonic motion is computed. The effects of a splitter plate on the flow around the cylinder as well as on the aerodynamic stability of the ovalling vibrations are also discussed. The consideration on the mechanism of ovalling vibrations is verified by the results of a free-vibration test.
Kim, Ki-Sup;Kim, Ho-Jong;Park, Young-Ha;Lee, Wook;Jeon, Jae-Young
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.1027-1033
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2000
This paper describes the characteristics of vibration of a hydraulic turbine mainly due to cavitation occurrence. The analysis of vibration spectra of the turbine shaft shows that hub vortex cavitation occurs in the downstream of the turbine runner, which is verified from coherence analysis between shaft vibration displacement and dynamic pressure at the draft tube. Even though acceleration level measured at the guide vane lever, which is usually used for evaluation of cavitations performance, is decreased during forced aeration, it is found from the analysis of dynamic pressure spectra that cavitation around runner blades still remains unchanged. It is also found that lateral vibration of the turbine shaft is mainly due to the hub vortex cavitation of the turbine runner.
Particle Imaging Velocimetry (PIV) is becoming one of essential methods to measure velocity fields of fluid flows. In this paper, a genetic algorithm capable of tracking same particle pairs on two separated images is introduced. The fundamental of the developed technique is based on that on-to-one correspondence is found between two tracer particles selected in two image planes by taking advantage of combinatorial optimization of the genetic algorithm. The fitness function controlling reproductive success in the genetic algorithm is expressed by physical distances between the selected tracer particles. The capability of the developed genetic algorithm is verified by a computer simulation on a farced vortex flow.
The unsteady flow past a circular cylinder which starts rotating or rotary oscillating impulsively from rest in a viscous fluid is investigated for Reynolds numbers Re=200 and 1000, rectilinear speed ratios ${\alpha}$ between 0.5 and 5.0, and forced oscillating frequencies $f_s$ between 0.1 and 2.0. Numerical solutions of the Navier-Stokes equations are obtained by using a finite volume method on an unstructured colocated grid. The objective of the study is to examine the effect of the rotating and rotary oscillating circular cylinder on the flow patterns and dynamics loads. The numerical results reveal that the $K\acute{a}rm\acute{a}n$ vortex street vanishes entirely behind the rotating cylinder when the ratio ${\alpha}$ exceeds the critical value, and the vortex shedding behind the rotary oscillating cylinder undergoes mainly three modes named 'synchronization', 'competition' and 'natural shedding' with the increase of $f_s$. Based on the amplitude spectra analysis of the lift coefficients, the regions of the classification of flow structure modes are presented, which provide important references for the flow control in the ocean engineering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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