Han Jeong Jae;Kim Munki;Yun Sang Wook;Yoon Youngbin
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.3
no.2
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pp.51-56
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2005
Acoustic excitations were imposed to coaxial air jet of non-premixed jet flame with hydrogen gaseous injected axially in the center of the flow. The frequencies of excitation were three dominant resonant frequencies at 1L, 2L, 3L. modes including specially 514 Hz (2L-mode) which was estimated theoretically as longitudinal mode of combustor characteristics. The mixing enhancement by acoustic forcing has been investigated quantitatively using PLIF and PIV. The effect of acoustic excitation on combustion process was significant to enhance mixing rate that coincides with specific resonant frequencies. And the behavior of vortex-interaction on flame structure was a good evidence to investigate the phenomenon of shear/mixing layer of fuel-air jet structure. The results obtained in this study concludes that generated streamwise vortex by acoustic excitation has a potential to enhance the mixing rate and abating NOx emissions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.4
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pp.486-493
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1997
Experimental investigations on the comparison of developments between transient jets and evolving jet diffusion flames have been made in initial injection period. To achieve this experiment, an ignition technique using a residual flame as the ignition source is devised. High speed Schlieren visualizations, and measurements including jet tip penetration velocities and jet widths of the primary vortex are employed to examine the developing processes for several flow conditions. It is seen that the developing behaviors in the presence of flame are greatly different from those in transient jet, and thus the flow characteristics in the transient part are also modified. The discernible differences are shown to consist of the delay of the rollup of the primary vortex, the faster spreading after the rollup due to exothermic expansion, and the survival of only a primary vortex. The growth of primary vortex in the transient jet is properly explained through an impulsively started laminar vortex prior to the interaction. It is also found that the jet tip penetration velocity varies with elapsed time and an increase in Res gives rise to a higher tip penetration velocity.
As part of a Department of Defense Grand Challenge Project, advanced high performance computing (HPC) time-accurate computational fluid dynamics (CFD) techniques have been developed and applied to a new area of aerodynamic research on microjets for control of small and medium caliber projectiles. This paper describes a computational study undertaken to determine the aerodynamic effect of flow control in the afterbody regions of spin-stabilyzed projectiles at subsonic and low transonic speeds using an advanced scalable unstructured flow solver in various parallel computers such as the IBM SP4 and Linux Cluster. High efficiency is achieved for both steady and time-accurate unsteady flow field simulations using advanced scalable Navier-Stokes computational techniques. Results relating to the code's portability and its performance on the Linux clusters are also addressed. Numerical simulations with the unsteady microjets show the jets to substantially alter the flow field both near the jet and the base region of the projectile that in turn affects the forces and moments even at zero degree angle of attack. The results have shown the potential of HPC CFD simulations on parallel machines to provide to provide insight into the jet interaction flow fields leading to improve designs.
The characteristics of turbulent flow and mixing in a small can type combustor are investigated by means of Large Eddy Simulation (LES). Attention is paid for a combustor having a baffle plate with oxidant injection and fuel injection holes and study is made for three cases of different baffle plate configurations. From the result, it is confirmed that mixing is promoted by interaction between the jets during their developing process and large vortical flows generated in the vicinity of the combustor wall or fuel jet front. This particular flow feature is effective to accelerate the slow mixing between fuel and oxidant suffering from low Reynolds number condition in such a small combustor. In particular, the vortical flow region ahead of fuel jet plays an important role for rapid mixing. Discussion is made for the time and space averaged turbulent flow and scalar quantities which show peculiar characteristics corresponding to different vortical flow structures for each baffle plate shapes.
This study has numerically modelled the combustion processes of the turbulent swirling premixed lifted flames in the low-swirl burner (LSB). In these turbulent swirling premixed flames, the four tangentially-injected air jets induce the turbulent swirling flow which plays the crucial role to stabilize the turbulent lifted flame. In the present approach, the turbulence-chemistry interaction is represented by the level-set based flamelet model.. Two-dimensional and three-dimensional computations are made for the various swirl numbers and nozzle length. In terms of the centerline velocity profiles and flame liftoff heights, numerical results are compared with experimental data The three-dimensional approach yields the much better conformity with agreements with measurements without any analytic assumptions on the inlet swirl profiles, compared to the two-dimensional approach. Numerical clearly results indicate that the present level-set based flamelet approach has realistically simulated the. structure and stabilization mechanism of the turbulent swirling stoichiometric and lean-premixed lifted flames in the low-swirl burner.
This study has numerically modeled the combustion processes of the turbulent swirling premixed lifted syngas flames in the low-swirl burner (LSB). In these turbulent swirling premixed flames, the four tangentially-injected air jets induce the turbulent swirling flow which plays the crucial role of stabilizing the turbulent lifted flames. In the present approach, the turbulence-chemistry interaction is represented by the level-set based flamelet model. Numerical results indicate clearly that the present level-set based flamelet approach has realistically simulated the structure and stabilization mechanism of the turbulent swirling premixed lifted flames in the low-swirl burner. Computations are made for the wide range of the syngas chemical composition and the dilution level at two pressure conditions (1.0, 5.0 bar). Numerical results indicate that the lifted height in the LSB is increased by decreasing the H2 percentage and increasing the dilution level at the given equivalence ratio. It is also found that the flashback is occurred for the hydrogen composition higher than 80% at the equivalence ratio, 0.8. However, at the syngas composition range in the IGCC system, the stable lean-premixed lifted flames are formed at the low-swirl burner.
This study has numerically modelled the combustion processes of the turbulent swirling premixed lifted flames in the low-swirl burner (LSB). In these turbulent swirling premixed flames, the four tangentially- injected air jets induce the turbulent swirling flow which plays the crucial role to stabilize the turbulent lifted flame. In the present approach, the turbulence-chemistry interaction is represented by the level-set based flame let model. Two-dimensional and three-dimensional computations are made for the various swirl numbers and nozzle length. In terms of the centerline velocity profiles and flame liftoff heights, numerical results are compared with experimental data The three-dimensional approach yields the much better conformity with agreements with measurements without any analytic assumptions on the inlet swirl profiles, compared to the two-dimensional approach. Numerical clearly results indicate that the present level-set based flamelet approach has realistically simulated the structure and stabilization mechanism of the turbulent swirling stoichiometric and lean-premixed lifted flames in the low-swirl burner.
Kim, Gyeong-Cheon;Kim, Sang-Gi;Yun, Sang-Yeol;Lee, Seok-Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.3
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pp.394-401
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2002
The instantaneous flow characteristics of a round jet issuing normally into a crossflow has been studied using a flow visualization technique and particle image velocimetry. The effects of parameters such as jet inflow profile and turbulence intensity of the jet are evaluated for various Reynolds numbers in range between 735 and 3150, which are based on the crossflow velocity and jet-pipe diameter. The jet-to-crossflow velocity ratio is fixed at the value of 3.3. Instantaneous later tomographic images of the symmetry plane of the crossflow jet show that there exist very different natures in the flow structures of the near-field of the jet even though the velocity ratio is same. It is found that when the turbulence intensity of jet is elevated, the shear layer becomes much thicker due to the strong entrainment of the ambient fluid by turbulent interaction between the jet and crossflow. The detailed characteristics of instantaneous velocity and vorticity fields are presented to illustrate the effects of the above parameters on the vertical structures of the crossflow jet.
Shocks are ubiquitous in astrophysical plasmas: bow shocks are formed by the interaction of solar wind with planetary magnetic fields, and supernova explosions and jets produce shocks in interstellar and intergalactic spaces. The global morphologies of these shocks are usually described by a set of magnetohydrodynamic (MHD) equations which tacitly assumes local thermal equilibrium, and the resulting Rankine-Hugoniot shock jump conditions are applied to obtain the relationship between the upstream and downstream physical quantities. While thermal equilibrium can be achieved easily in collisional fluids, it is generally believed that collisions are infrequent in astrophysical settings. In fact, shock widths are much smaller than collisional mean free paths and a variety of kinetic phenomena are seen at the shock fronts according to in situ observations of planetary shocks. Hence, both the MHD and kinetic equations have been adopted in theoretical and numerical studies to describe different aspects of the physical phenomena associated with astrophysical shocks. In this paper, we present the results of 3D relativistic particle-in-cell (PIC) simulations for ion-electron plasmas, with focus on the shock structures: when a jet propagates into an unmagnetized ambient plasma, a shock forms in the nonlinear stage of the Weibel instability. As the shock shows the structures that resemble those predicted in MHD systems, we compare the results with those predicted in the MHD shocks. We also discuss the thermalization processes of the upstream flows based on the time evolutions of the phase space and the velocity distribution, as well as the wave spectra analyses.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.3
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pp.187-194
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2020
In this study, computational analyses are carried out to investigate the interference flows and the aerodynamic characteristics of a hit-to-kill intercepter due to lateral jets at medium altitude. In addition, the analyses are performed for air and multi-species gas used in the side jet. The results indicate that the position of the barrel shock are shifted upstream and the structure of the shock wave are changed for the multi-species jet when compared to the air jet. As a result, the high pressure region with multi-species jet moves forward and the pitching moment is higher under the same flow condition. Moreover, the inclusion of high temperature effects makes drastic changes in pressure distribution. The jet width is much bigger, and the jet diffuses over wider range in medium altitude than in low altitude, because of the low density of the freestream.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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