Stratified flow past a three-dimensional obstacle such as a sphere has been a long-lasting subject of geophysical, environmental and engineering fluid dynamics. In order to investigate the effect of the stratification on the near wake, in particular, the unsteady vortex formation behind a sphere, numerical simulations of stratified flows past a sphere are conducted. The time-dependent Navier-Stokes equations are solved using a three-dimensional finite element method and a modified explicit time integration scheme. Laminar flow regime is considered, and linear stratification of density is assumed under Bossiness approximation. The computed results include the characteristics of the near wake and the unsteady vortex shedding. With a strong stratification, the separation on the sphere is suppressed and the wake structure behind the sphere becomes planar, resembling that behind a vertical cylinder.
Characteristics of turbulent lifted flames in coflow jet have been investigated by varying initial temperature through the heating coflow air. In the turbulent regime, liftoff height increases linearly with fuel jet velocity and decreases nonlinearly as the coflow temperature increases. This can be attributed to the increase of turbulent propagation speed, which is strongly related to laminar burning velocity. Dimensionless liftoff heights are correlated well with dimensionless jet velocity, which are scaled with parameters determining local flow velocity and turbulent propagation speed. This implies that the turbulent lifted flames are stabilized by balance mechanism between local turbulent burning velocity and flow velocity. Blowout velocity can be obtained from the ratio of mixing time to chemical time. Comparing to previous researches, thermal diffusivity should be evaluated from the initial temperature instead of adiabatic flame temperature.
An experiment in a turbulent non-premixed flat flame was carried out in order to investigate the effect of swirl number on the flow and combustion characteristics. First. stream lines and velocity distribution in the flow field were obtained using PIV method. In contrast with the axial flow without swirl, highly swirled air induced stream lines along the burner tile. and backward flow was caused by recirculation in the center zone of the flow field. In the combustion. the flame with swirled air also became flat and stable along the burner tile with increment of the swirl number. Flame structure by measuring OH and CH radicals intensity and by calculating Damkohler number(Da) and turbulence Reynolds number(Re$_{T}$) was examined. It appeared to be comprised in the wrinkled laminar-flame regime. Backward flow by recirculation of the burned gas decreased the flame temperature and emissions concentrations as NO and CO. Consequently, the stable flat flame with low NO concentration was achieved.d.
The effects of swirl intensity on non-reacting and reacting flow characteristics in a flat flame burner (FFB) with four types of swirlers were investigated. Experiments using the PIV method were conducted for several flow conditions with four swirl numbers of 0, 0.26, 0.6 and 1.24 in non-reacting flow. The results show that the strong swirling flow causes a recirculation, which has the toroidal structures, and spreads above the burner exit plane. Reacting flow characteristics such as temperature and the NO concentrations were also investigated in comparison with non-reacting flow characteristics. The mean flame temperature was measured as the function of radial distance, and the results show that the strong swirl intensity causes the mean temperature distributions to be uniform. However the mean temperature distributions at the swirl number of 0 show the typical distribution of long flames. NO concentration measurements show that the central toroidal recirculation zone caused by the strong swirl intensity results in much greater reduction in NO emissions, compared to the non-swirl condition. For classification into the flame structure interiorly, the turbulence Reynolds number and the Damkohler number have been examined at each condition. The interrelation between reacting and non-reacting flows shows that flame structures with swirl intensity belong to a wrinkled laminar-flame regime.
We have presented characteristics of a transitional behavior from a premixed flame to a triple flame in a lifted flame according to the change of equivalence ratio. The experimental apparatus consisted of a slot burner and a contraction nozzle for a lifted flame. As concentration difference of the both side of slot burner increases, the shape of flame changed from a premixed flame to a triple flame, and the liftoff height is decreased to the minimum value and then increase again. Around this minimum point, it is confirmed a transition regime from premixed flame to triple flame. Consequently, the experimental results of the liftoff height, flame curvature and luminescence intensity showed that the stabilized laminar lifted flame regime is categorized by regimes of premixed flame, triple flame and critical flame. In the visualization experiment of smoke wire, the flow divergence and redirection reappeared in premixed flame as well as triple flame. Thus we cannot express the flame front of lifted flame has a behavior of triple flame with only flow divergence and redirection. To differentiate triple flame and premixed flame, ${\Phi}$ value of partially premixed fraction is employed. The partially premixed fraction ${\Phi}$ was constant in premixed flame. In critical flame small gradient appears over the whole regime. In triple flame, typical diffusion flame shape is obtained as parabolic distribution type due to diffusion flame trailing.
It is of great interest to enhance mixing performance in a microchannel in which the flow is usually characterized as a low Reynolds number (Re) so that good mixing is quite difficult to be achieved in this laminar flow regime. In this regard, we present a new chaotic passive micromixer, named Barrier Embedded Micromixer (BEM), of which the mixing mechanism is based on chaotic flows. In BEM, chaotic flow is induced by periodic perturbation of the velocity field due to periodically inserted barriers along the channel wall while a helical type of flow is obtained by slanted grooves on the bottom surface of the channel in the pressure driven flow. To experimentally compare the mixing performance, a T-microchannel and a microchannel with only slanted grooves were also fabricated. All microchannels were made of PDMS (Polydimethylsiloxane) from SU-8 masters that were fabricated by conventional photolithography. Mixing performance was experimentally characterized with respect to an average mixing intensity by means of color change of phenolphthalein as pH indicator. It was found that mixing efficiency decreases as Re increases for all three micromixers. Experimental results obviously indicate that BEM has better mixing performance than the other two. Chaotic mixing mechanism, suggested in this study, can be easily applied to integrated microfluidic systems , such as Micro-Total-Analysis-System, Lab-on-a-chip and so on.
The performance in the practical combustion system including reciprocating engines and gas turbine combustors is being much governed by turbulent reacting flow that is often analyzed by both a laminar flamelets concept and flame interaction. The characteristics of laminar flame interaction have been investigated numerically to provide basic understanding of wrinkled turbulent flames under concentration interaction resulting from inhomogeneity in fuel-air mixing, especially focused on the transition of flame characteristics such as diffusion flame, partially premixed diffusion flame, and triple-layer flame by the variation in the degree of premixedness. The extinction stretch rates to the premixedness have also been obtained in this paper. The boundary defining the regime of the existence of triple-layer flames as functions of both stretch rate and premixedness has been determined which agrees well with previously reported experiment measuring OH radical concentration peaks based on PLIF.
본 연구에서는 부채꼴형 유한폭 패드베어링에서의 선단압력을 구하기 위하여 3차원 유동모델을 제시하였으며, 이 유동모델을 기초로 하여 구해진 선단압력을 패드 선단에서의 압력경계조건으로 사용하여 유막내의 압력을 구하고 베어링의 하중지지능 력, 마찰토오크 및 윤활유량등을 계산함으로써 베어링의 성능을 해석하였다. 그 결 과 선단 압력이 크게 발생하는 운전조건일수록 선단압력을 무시한 종래의 베어링 성능 해석결과와는 상당한 차이가 있었으며, 특히 관성계수가 큰 운전조건에서 사용되는 피 봇식 추력베어링에서는 선단압력의 영향으로 인하여 하중지지능력을 최대로하는 피봇 점의 위치가 패드 선단부쪽으로 크게 이동되었다.
The design of a nuclear reactor core requires basic thermal-hydraulic information concerning the heat transfer regime at which onset of nucleate boiling (ONB) will occur, the pressure drop and flow rate through the reactor core, the temperature and power distributions in the reactor core, the departure from nucleate boiling (DNB), the condition for onset of flow instability (OFI), in addition to, the critical velocity beyond which the fuel elements will collapse. These values depend on coolant velocity, fuel element geometry, inlet temperature, flow direction and water column above the top of the reactor core. Enough safety margins to ONB, DNB and OFI must-emphasized. A heat transfer package is used for calculating convection heat transfer coefficient in single phase turbulent, transition and laminar regimes. The main objective of this paper is to study the possibility of power upgrading of WWR-S research reactor from 2 to 10 MWth. This study presents a one-dimensional mathematical model (axial direction) for steady-state thermal-hydraulic design and analysis of the upgraded WWR-S reactor in which two types of plate fuel elements are employed. FOR-CONV computer program is developed for the needs of the power upgrading of WWR-S reactor up to 10 MWth.
To reduce the damage from the coastal disaster such as typhoon and tsunami, a possible option is the eco-friendly approach to minimize the destruction of ecological system. One of feasible idea is the forest for damage prevention artificially arranged along the beach. To understand a precise physics on the flow before and after the forest, we use a CFD method. In this paper, a three-dimensional numerical model has been constructed based on tree cases in a real forest located at Byin-myeon, Seocheon-gun, Chungnam. The CFD computation using a commercial code COMSOL multiphysics is performed for the distribution of real spatial coordinate of each tree. Through this investigation, the CFD techniques are shown to be applied to the research of forest composition plan. The physics in the regime from laminar to turbulent flow is qualitatively explained, and the obtained data are compared one another quantitatively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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