Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.10
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pp.1105-1110
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2011
Flow-accelerated corrosion (FAC) is a well-known phenomenon that may occur in piping and components. Most nuclear power plants have carbon-steel-pipe wall-thinning management programs in place to control FAC. However, various other erosion mechanisms may also occur in carbon-steel piping. The most common forms of erosion encountered (cavitation, flashing, Liquid Droplet Impingement Erosion (LDIE), and Solid Particle Erosion (SPE)), have caused wall thinning, leaks, and ruptures, and have resulted in unplanned shutdowns in utilities. In particular, the damage caused by LDIE is difficult to predict, and there has been no effort to protect piping from erosive damage. This paper presents an evaluation method for LDIE. It also includes the calculation results from prediction models, a review of the experimental results, and a comparison between the UT data in the damaged components and the results of the calculations and experiments.
Most of the research of small engines to date focused on developing spark ignition engines occupied much parts. Recently the number of a small direct injection diesel engine applied in small cars has been increased and considered as a next generation power source for passenger cars because of its high efficiency. Therefore the combustion chamber becomes smaller and the fuel injection pressure goes higher, which makes fuel sprays impinged easily on the combustion chamber walls. When strong swirls are not induced, the fuel may not mix with air because of fuel deposition on the wall. As a positive way, the combustion chamber systems which is using spray wall impaction has been introduced and assessed by an experimental or a simulate manner. In these systems the raised lands are positioned in tile chamber for spray impaction in order to break up the fuel drops into much smaller and direct them into desirable direction. This study addresses to the effects of rho position and size of the raised land or glow plug to help the chamber design using spray wall impaction. The characteristics of the spray impinged on various lands are investigated and compared with each other. Then the chamber shapes are discussed with the characteristics and their proper position and size is proposed in any chamber volume.
Viscous solutions of supersonic jet impinging on a flat plate normal to the flow are simulated using three-dimensional Navier-Stokes solver. The jet impinging flow structure exhibits such complex nature as shock shell, plate shock and Mach disk depending on the flow parameters. Among others, the dominant parameters are the ratio of the nozzle exit pressure to the ambient pressure and the distance between the nozzle exit plane and the impinging plane. In the present study, the nozzle contour and the pressure ratio are held fixed, while the jet impinging distance is varied to illuminate the characteristics of the jet plume with the distance. As the plate is placed close to the nozzle at 3D high, the computed wall pressure at or near the jet center oscillates with large amplitude with respect to the mean value. Here D is the nozzle exit diameter. The amplitude of wall pressure fluctuations subsides as the distance increases, but the maximum mean pressure level at the plate is achieved when the distance is about 4D high. The frequency of the wall pressure is estimated at 6.0 kHz, 9.3 kHz, and 10.0 kHz as the impinging distance varies from 3D, 4D, to 6D, respectively.
Park, Seoung Duck;Lee, Ki Seon;Kim, Sug Bum;Jo, Yong Hwa;Jeon, Chang Soo;Kwak, Jea Su;Huh, Jae-Sung
Journal of Aerospace System Engineering
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v.2
no.4
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pp.7-12
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2008
Averaged heat transfer coefficients were measured in a turbine blade internal cooling passage model with three blockage walls. Each blockage wall was equipped with 9 staggered holes or slots in order to create different shaper of repeated jet impingement. The effect of jet shape on the averaged heat transfer coefficient was studied by the copper-thermocouple method and three Reynolds number of 10,000, 20,000, and 30,000 were tested. Results showed that the repeated stagger jets could increase the averaged heat transfer coefficient by at least 9 times compared to the smooth channel cases. Due to the large pressure drop induced by the repeated jet impingement, the thermal performance was less than 1 for all cases and decreased as the Reynolds number increased. Among the tested cases, the widest slot showed the best thermal performance. The measurement results showed that the thermal performance of the heat transfer augmentation by repeated stagger jets could be improved by altering the jet shape, and other shape of impingement jet will be studied in near future.
To analyze the film cooling in a liquid rocket engine, it is necessary to understand the characteristics of the wall-impingement liquid film. We designed an optimal two-dimensional device for measuring the thickness of the liquid film thickness. This device quantitatively measures the liquid-film thickness distribution. In previous liquid-film thickness measuring devices, the liquid film was formed over the entire area of the sensor. However, its formation depended on injection conditions. To compensate for this, optimal resistors are selected. Additionally, saturation variations with partial saturation are analyzed. Furthermore, calibration using the enhanced plate method is conducted with improvements in spatial resolution. The device designed here can be used to analyze the properties of an impingement liquid film with a slit injector. This study can be used for film-cooling analysis in liquid rocket engines.
Kim Dongwook;Kang Jeongjung;Choi Gyungmin;Kim Duckjool
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.5
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pp.82-89
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2005
This study was performed to investigate the behavior and spatial distribution of fuel mixtures with different wall angle and diameter of piston cavity in a DI gasoline engine. The spatial distribution of fuel mixtures after impingement of the spray against a piston cavity is one of the most important. factors for the stratification of fuel mixture. Thus, it is informative to understand in detail the behavior and spatial distribution of fuel mixtures after impingement in the cavity. Two dimensional spray fluorescence images of liquid and vapor phase were acquired to analyze the behavior and distribution of fuel mixtures inside cylinder by exciplex fluorescence method. The exciplex system of fluorobenzene/DEMA in non-fluorescing base fuel of hexane was employed. Cavity wall angle was defined as an exterior angle of piston cavity. Wall angles of the piston cavity were set to 30, 60 and 90 degrees, respectively. The spray impinges on the cavity and diffuses along the cavity wall by its momentum. In the case of 30 degrees, the rolling-up moved from the impinging location to the round and fuel-rich mixture distributed at periphery of cylinder. In the case of 60 and 90 degrees, the rolling-up recircurated in the cavity and fuel mixtures concentrated at center region. High concentrated fuel vapor phase was observed in the cavity with 90 degrees. From. present study, it was found that the desirable cavity wall angle with cavity diameter for stratification in a Dl gasoline engine was demonstrated.
The trapezoidal ribs had been installed in the retaining wall in order to reduce to flood damage in the impingement of mountain rivers. In this study, experiments in open channel with the trapezoidal ribs on sidewall were conducted to evaluate the effect of flow resistance by the trapezoidal shape. The hydraulic flow characteristics according to the flow rates were surveyed where the wall roughness is k-type that dimensionless spacings, ${\lambda}_{nv}$, are 6, 9, and 12. The flow-resistance factors such as roughness and friction coefficients increased generally with increase of the spacing of ribs. In high flow rate the friction coefficient showed the maximum value when ${\lambda}_{nv}$ is 9. Though the trapezoidal ribs has the relatively smaller flow resistance compared to the square ribs, their form drag accounted for mean 62% of the total flow resistance. It was confirmed that the optimal spacing of trapezoidal ribs to maximize the effect of flow resistance as the wall roughness increases are 9 to 12 times of the height of trapezoidal ribs.
The current machinery and tools of secondary channel of the nuclear power plants were produced in the carbon-steel and low-alloy steel. What produced with the carbon-steel occurs wall thinning effect from flow accelerated corrosion by the fluid flow at high temperature, high pressure. Several nuclear power plants in Korea have experienced wall thinning damage in the area around the impingement baffle-installed. Wall thinning by flow accelerated corrosion occurs piping system, the heat exchanger, steam condenser and feedwater heaters etc,. Feedwater heaters of many nuclear power plants have recently experienced sever wall thinning damage, which will increase as operating time progress. This study describes the comparisons between the numerical results using the FLUENT code and experimental data of down scale model.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.2
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pp.1-7
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2007
The effect of injector geometries including the injection angle and number of nozzle holes on homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine combustion has been investigated in an automotive-size single-cylinder diesel engine. The HCCI engine has advantages of simultaneous reduction of PM and NOx emissions by achieving the spatially homogenous distribution of diesel fuel and air mixture, which results in no fuel-rich zones and low combustion temperature. To make homogeneous mixture in a direct-injection diesel engine, the fuel is injected at early timing. The early injection guarantees long ignition delay period resulting in long mixing period to form a homogeneous mixture. The wall-impingement of the diesel spray is a serious problem in this type of application. The impingement occurs due to the low in-cylinder density and temperature as the spray penetrates too deep into the combustion chamber. A hole-type injector (5 holes) with smaller angle ($100^{\circ}$) than the conventional one ($150^{\circ}$) was applied to resolve this problem. The multi-hole injector (14 holes) was also tested to maximize the atomization of diesel fuel. The macroscopic spray structure was visualized in a spray chamber, and the spray penetration was analyzed. Moreover, the effect of injector geometries on the power output and exhaust gases was tested in a single-cylinder diesel engine. Results showed that the small injection angle minimizes the wall-impingement of diesel fuel that results in high power output and low PM emission. The multi-hole injector could not decrease the spray penetration at low in-cylinder pressure and temperature, but still showed the advantages in atomization and premixing.
Liquid droplet impingement erosion (LDIE) known to be generated in aircraft and turbine blades is recently appeared in nuclear piping. UT thickness measurements with both A-scan and B-scan UT inspection equipments were performed for a component estimated as susceptible to LDIE in feedwater heater vent system. The thickness data measured with B-Scan equipment were compared with those of A-Scan. Thermal hydraulic analysis based on ANSYS FLUENT code was performed to analyze the behavior of liquid droplets inside piping. The wall thinning rate and residual lifetime based on both existing Sanchez-Caldera equation and measuring data were also calculated to identify the applicability of the existing equation to the LDIE management of nuclear piping. Because Sanchez-Caldera equation do not consider the feature of magnetite formed inside piping, droplet size, colliding frequency, the development of new evaluation method urgently needs to manage the pipe wall thinning caused by LDIE.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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