Simultaneous measurement of turbulent velocity and concentration field in a stirred mixer tank is carried out by using PIV/LIF technique. Instantaneous velocity fields are measured by a $1K\times1K$ CCD camera adopting the frame straddle method while the concentration fields are obtained by measuring the fluorescence intensity of Rhodamine B tracer excited by the second pulse of Nd:Yag laser light. Image distortion due to the camera view-angle is compensated by a mapping function. It is found that the general features of the mixing pattern are quite dependent on the local flow characteristics during the rapid decay of mean concentration. However, the small scale mixing seems to be independent on the local turbulent velocity fluctuation.
Kido, Hiroyuki;Nakashima, Kenshiro;Nakahara, Masaya;Hashimoto, Jun
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.6
no.2
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pp.1-7
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2001
In order to elucidate the turbulent burning velocity of the two-component fuel mixtures, the lean and rich two-component fuel mixtures, where methane, propane and hydrogen were used as fuels, were prepared keeping the laminar burning velocity nearly the same value. Clear difference in the measured turbulent burning velocity at the same turbulence intensity can be seen among the two-component fuel mixtures with different addition rate of fuel, even under nearly the same laminar burning velocity. The burning velocities of lean mixtures change almost monotonously as changing addition rate, those of rich mixtures, however, do not show such a monotony. These phenomena can be explained qualitatively from the local burning velocities, estimated by considering the preferential diffusion effect for each fuel component. In addition, a prediction expression of turbulent burning velocity proposed for the one-component fuel mixtures can be applied to the two-component fuel mixtures by using the estimated local burning velocity of each fuel mixture.
The stabilization mechanism of turbulent, lifted jet flames in a non-premixed condition has been studied experimentally. The objectives are to explain the phenomenon of a liftoff height decreasing as increasing fuel velocity and to reveal the mechanisms of flame stability Hydrogen was varied from 100 to 300 m/s and a coaxial air was fixed at 16 m/s with a coflow air less than 0.1 m/s. The technique of PIV and OH PLIF was used simultaneously with CCD and ICCD cameras. It was found that the liftoff height of the jet decreased with an increased fuel jet exit velocity. The leading edge at the flame base was moving along the stoichiometric line. Finally we confirmed that the stabilization of lifted hydrogen diffusion flames is related with a turbulent intensity, which means combustion is occurred where the local flow velocity is equal to the turbulent flame propagation velocity.
An experimental study was performed to investigate heat transfer characteristics of turbulent swirling flow in an axisymmetric annuli. The static pressure, the local flow temperature, and the wall temperature with decaying swirl were measured by using tangential inlet conditions and the friction factor and the local Nusselt number were calculated for Re=30000∼70000. The local Nusselt number was compared with that obtained from the Dittus-Boelter equation with swirl and without swirl. The results showed that the swirl enhances the heat transfer at the inlet and the outlet of the test tube.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.10
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pp.1346-1354
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2001
The heat transfer characteristics off swirling air jet impinging on a heated flat plate have been investigated experimentally. The main object is to enhance the heat transfer rate by increasing turbulence intensity of impinging jet with a specially designed swirl generator. The mean velocity and turbulent intensity profiles of swirling jet were measured using a hot-wire anemomety. The temperature distribution on the heated flat surface was measured with thermocouples. As a result the swirl effect on the local heat transfer rate on the impinging plate is confined mainly in the small nozzle-to-plate spacings such as L/D<3 at the stagnation region. For small nozzle-to-plate spacings, the local heat transfer in the stagnation region is enhanced from the increased turbulence intensity due to swirl motion, compared with the conventional axisymmetric impinging jet without swirl. For example, the local Nusselt number of swirling jet with swirl number Sw=0.75 and Sw=1 is about 9.7-76% higher than that of conventional impinging jet at the radial location of R/D=0.5. With the increase of the nozzle-to-plate distance, the stagnation heat transfer rate is decreased due to the diminishing axial momentum of the swirling jet. However, the swirling impinging jet for all nozzle-to-plate spacings tested in this study does not enhance the average heat transfer rate.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.9
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pp.2328-2341
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1995
An experimental study on the flow over the axisymmetric backward-facing step was carried out. The purposes of the present study are to investigate the effect of the free stream turbulence intensity on the reattachment length and to understand the turbulence structure of the recirculating flows. Local mean and fluctuating velocity components were measured in the separated and reattaching axisymmetric turbulent boundary layer over the wall of convex cylinder placed in a water tunnel by using 2-color 4-beam fiber optics laser Doppler velocimetry. As the free stream turbulence intensity increased, the reattachment length became shorter due to the enhanced mixing in the separated shear layer. It was also observed that the reverse flow velocity and turbulent kinetic energy increase with increasing free stream turbulence intensity. Spectral data and flow visualization showed that low-frequency motions occur in the separated flow behind a backward-facing step. These motions have a significant effect on the time-averaged turbulence data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1691-1701
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1995
Two aspects of Large-Eddy Simulation(LES) are investigated in order to improve its performance. The first one is on how to determine the model coefficient in conjunction with a dynamic subgrid-scale model, and the second one is on a wall-layer model(WLM) which allows one to skip near-wall regions to save a large number of grid points otherwise required. Especially, a WLM suitable for a separated flow is considered. Firstly, an averaging technique to calculate the model coefficient of dynamic subgrid-scale modeling(DSGSM) is introduced. The technique is based on the concept of local averaging, and useful to stabilize numerical solution in conjunction with LES of complex turbulent flows using DSGSM. It is relatively simple to implement, and takes very low overhead in CPU time. It is also able to detect the region of negative model coefficient where the "backscattering" of turbulence energy occurs. Secondly, a wall-layer model based on a local turbulence intensity is considered. It locally determines wall-shear stresses depending on the local flow situations including separation, and yields better predictions in separated regions than the conventional WLM. The two techniques are tested for a turbulent obstacle flow, and show the direction of further improvements.rovements.
The characteristics of turbulent boundary layers over hilly terrain depend strongly on the hill slope and upstream condition, especially inflow turbulence. Numerical simulations are carried out to investigate the neutrally stratified turbulent boundary layer over two-dimensional hills. Two kinds of hill shape, a steep one with stable separation and a low one without stable separation, two kinds of inflow condition, laminar turbulent, are considered. An auxiliary simulation, based on the local differential quadrature method and recycling technique, is performed to simulate the inflow turbulence be imposed at inlet boundary of the turbulent inflow, which preserves very well in the computational domain. A large separation bubble is established on the leeside of the steep hill with laminar inflow, while reattachment point moves upstream under turbulent inflow condition. There is stable separation on the side of low hill with laminar inflow, whilw not turbulent inflow. Besides increase of turbulence intensity, inflow can efficiently enhance the speedup around hills. So in practice, it is unreasonable to study wind flow over hilly terrain without considering inflow turbulence.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.2
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pp.34-44
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1985
Swirling flows have commonly used for a number of years for the stabilization of high- intensity combustion processes. In general, these swirling flows are poorly understood because of their complexity. This paper, therefore, deals with the experimental study on turbulent diffusion flames with swirling flow in unburned flow field by using a model combustor. The purpose of this study is to investigate quantitatively the swirling air jets issuing from vane swirlers. The fundamental experiments have been performed for the local velocity distribution, turbulence intensity and Schlieren photograph in th jets issuing into the atmosphere.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.7
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pp.477-485
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2009
The study of nitrogen dilution effect on the flame stability was experimentally investigated in a non-premixed turbulent lifted hydrogen jet with coaxial air. Hydrogen gas was used as a fuel and coaxial air was used to make flame liftoff. Each of hydrogen and air were injected through axisymetric inner and outer nozzles ($d_F=3.65\;mm$ and $d_A=14.1\;mm$). And both fuel jet and coaxial air velocity were fixed as $u_F=200\;m/s$ and $u_A=16\;m/s$, while the mole fraction of nitrogen diluents gas was varied from 0.0 to 0.2 with 0.1 step. For the analysis of flame structure and the flame stabilization mechanism, the simultaneous measurement of PIV/OH PLIF laser diagnostics had been performed. The stabilization point was selected in the most upstream region of the flame base and defined as the point where the turbulent flame propagation velocity was equal to the axial component of local flow velocity. We found that the turbulent flame propagation velocity increased with the decrease of nitrogen mole fraction. We concluded that the turbulent flame propagation velocity was expressed as a function of turbulent intensity and axial strain rate, even though nitrogen diluents mole fraction was changed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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