Propellants pressurized and fed into the combustion chamber undergoes the mechanical, chemical combustion processes. Along with their distinctive physical characteristics, propellant combustion is typically divided into the processes; injection, atomization, mixing, vaporization and chemical reaction. These processes assumed to happen in a serial manner are strongly coupled, thereby involves formidable physical complexities. In this study a numerical experiment is attempted to simulate the burning sprays due to OFO, FOF triplet / FOOF split doublet injectors. Based on Eulerian-Lagrangian frame, Navier-Stokes equation system for compressible flows is preconditioned with low Reynolds number $k-{\varepsilon}$ turbulent model and time-integrated by LU-SGS, and the sprays are described by DSF model with the characteristics initialized by experimentally determined spray characteristics. Simplified single global reaction model approximates heptane-air reaction. It was observed that FOOF split doublet injector shows better atmization with shortest residence and the FOF triplet injector produces better combustion performance.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1999.03b
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pp.253-256
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1999
The Streamline Upwind Petrov-Galerkin(SUPG) finite element method is used to solve the two-dimensional laminar and turbulent flow. The flow is simulated by averaged Navier-Stokes equations with a penalty function approach and the lograithmic(k-$\varepsilon$) turbulent model is employed to take into account its turbulent behavior. The near-wall viscous sub-layer model is employed to approach the dominant viscous effects in the near wall zones. To find a good-enough initial guess of the Newton-Raphson iteration solving Nonlinear Matrix the Incremental method is considered for momentum and the Incomplete logarithmic turbu-lent equations for Turbulence. The validation of our method is investigated in comparision with published experimental data.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2001.11a
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pp.61-67
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2001
Hybrid propulsion systems provide many advantages in terms of stable operation and safety. However, classical hybrid rocket motors have lower fuel regression rate and combustion efficiency compared to solid propellant rocket motor. The recent research efforts are focused on the improvement of volume limitation and regression rate in the hybrid rocket engine. The present study has numerically investigated the combustion processes in the hybrid rocket engine. The turbulent combustion is represented by the eddy breakup model and Hiroyasu and Nagle and Strickland-Constable model are used for soot formation and soot oxidation. Radiative heat transfer is modeled by finite volume method. To reduce the uncertainties for convective heat transfer near solid fuel surface having strong blowing effect, the Low Reynolds number k-$\varepsilon$ turbulent model is employed. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the turbulent combustion processes in the vortex hybrid rocket engine.
Kim, Tae-Hun;Kim, Deok-Soo;Choi, Hyung-Chul;Kim, Woo-Seung;Lee, Se-Kyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.7
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pp.820-830
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1999
The coupled turbulent flow and solidification is considered in a typical slab continuous easting process using commercial program FIDAP. Standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model is modified to decay turbulent viscosity in the mushy zone and laminar viscosity is set to a sufficiently large value at the solid region. This coupled turbulent flow and solidification model also contains thermal contact resistance due to the mold powder and air gap between the strand and mold using an effective thermal conductivity. From the computed flow pattern, the trajectory of inclusion particles was calculated. The comparison between the predicted and experimental solidified shell thickness shows a good agreement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.2
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pp.316-323
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2000
A nonlinear low-Reynolds-number heat transfer model is developed to predict turbulent flow and heat transfer in separated and reattaching flows. The $k-{\varepsilon}-f_{\mu}$ model of Park and Sung (1997) is extended to a nonlinear formulation, based on the nonlinear model of Gatski and Speziale (1993). The limiting near-wall behavior is resolved by solving the $f_{\mu}$ elliptic relaxation equation. An improved explicit algebraic heat transfer model is proposed, which is achieved by applying a matrix inversion. The scalar heat fluxes are not aligned with the mean temperature gradients in separated and reattaching flows; a full diffusivity tensor model is required. The near-wall asymptotic behavior is incorporated into the $f_{\lambda}$ function in conjunction with the $f_{\mu}$ elliptic relaxation equation. Predictions of the present model are cross-checked with existing measurements and DNS data. The model preformance is shown to be satisfactory.
In order to predict the dispersion of a thermal discharge with strong turbulent and buoyant effects, the development of a numerical model using turbulence model and its application are significantly increased. In this study, a 3-dimensional steady-state model for the surface discharge of heated water into quiescent water body is developed. For the model closure of turbulent terms the 4-equation turbulence model is used. For economic numerical simulation, the elliptic governing equations are transformed to the partially parabolic equations. In general, the simulated results by the present model agree well to the experimental results by Pande and Rajaratnam. The model characteristics are presented in comparison with the predicted results of the 2-equation turbulence model by McGuirk and Rodi. Applying the 4-equation turbulence model to the Korea nuclear unit 1 at Kori site, feasibility and efficiency of the present model are validated.
The effects of an apartment complex on flow and pollutant dispersion in an urban area are numerically investigated using a computational fluid dynamics (CFD) model. The CFD model is based on the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and includes the renormalization group k-${\varepsilon}$ turbulence model. The geographic information system (GIS) data is used as an input data of the CFD model. Eight numerical simulations are carried out for different inflow directions and, for each inflow direction, the effects of an apartment complex are investigated, comparing the characteristics of flow and dispersion before and after construction of the apartment complex in detail. The observation data of automatic weather system (AWS) is analyzed. The windrose analysis shows that the wind speed and direction after the construction of the complex are quite different from those before the construction. The construction of the apartment complex resulted in the decrease in wind speed at the downwind region. It is also shown that the wind speed increased partially inside the apartment complex due to the channeling effect to satisfy the mass continuity. On the whole, the wind speed decreased at the downwind region due to the drag effect by the apartment complex. As a result, the passive pollutant concentration increased (decreased) near the downwind region of (within) the apartment complex compared with that before the construction.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.34
no.5
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pp.645-652
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2010
The aim of this investigation was study on the non-evaporation diesel spray characteristics injected through a common-rail diesel injector under various ambient pressure. The diesel spray was investigated with observation of macroscopic characteristics such as spray tip penetration and spray cone angle by the shadowgraph and the image processing method. The numerical study was conducted using a computational fluid dynamics code, AVL-FIRE. The breakup models used were WAVE model and standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model was applied. The numerical study used input data which spray cone angle and fuel injection rate was achieved by Zeuch's method. Comparison with experimental result such as spray tip penetration was good agreement. Distribution of droplet diameter were conducted on four planes where the axial distances were 5, 15, 39 and 49mm respectively downstream from the orifice exit.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.2
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pp.10-16
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2003
The unsteady supersonic flow over tandem cavities has been analyzed by the integration of Navier-Stokes equations with the k-$\varepsilon$ turbulence model. The unsteady flow is characterized by the periodicity due to the mutual relation between the shear layer and the internal flow in cavities. The upwind TVD scheme based on the flux vector split with the van Leer limiters is used. The results show the principal frequency is very reasonable. The principal frequency of the rear cavity due to the front cavity has been analyzed by the combination of the several aspect ratios of cavities. In the case of the front cavity of low aspect ratio, the frequencies of tandem cavities are almost same, because two shear layers developed from each cavity are mixed and developed to one shear layer. However, in the case of the front cavity of high aspect ratio, the characteristis of frequency are very different, because the second shear layer is developed in the diffused first shear layer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.1
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pp.139-149
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1994
A numerical simulation of unsteady axisymmetric turbulent flow was performed for a reciprocating engine including port/valve assembly. The governing equations based on a nonorthogonal coordinate formulation with Cartesian velocity components were used and discretised by the finite volume method with non-staggered variable arrangements. The modified $\kappa-\xi$. turbulence model which included the effect of compressibility was used. The results of twodimensional transient calculation for the axisymmetric configuration were compared with the experimental data. Although slightly low rms velocity was predicted compared to the experimental data, predicted velocity distributions at the valve exit and in-cylinder region showed good agreements with the experimental data. The flow at the valve exit was separated at the same valve lift position with the experimental data. Two vortices incylinder region were generated during the initial intake process. The clockwise main vortex became strong and moved upward to the top wall. The counter-clockwise second vortex became weak and stick to the upper left corner of the cylinder. After middle intake process, new vortex adjacent to upper cylinder wall appeared by the piston motion and therefore, the in-cylinder flow was formed into three vortices. The cylinder pressure just before bottom dead center of piston was higher than inlet pressure and then the reverse flow occured at the valve exit. The in-cylinder flow characteristics were strongly dependent on piston motion, but insensitive to valve motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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