Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.17
no.3
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pp.209-219
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2013
The present paper deals with the extension of AUSMPW+ scheme into two-fluid model for multiphase flow. AUSMPW+ scheme is the improvement of a single-phase AUSM+ scheme by designing pressure-based weighting functions to prevent oscillations near a wall and shock instability after a strong shock. Recently, Kitamura and Liou assessed a family of AUSM-type schemes with two-fluid model governing equations [K. Kitamura and M.-S. Liou, Comparative study of AUSM-Family schemes in compressible multi-phase flow simulations, ICCFD7-3702 (2012)]. It was observed that the direct application of the single-phase AUSMPW+ did not provide satisfactory results for most of numerical test cases, which motivates the current study. It turns out that, by designing pressure-based weighting functions, which play a key role in controlling numerical diffusion for two-fluid model, problems reported in can be overcome. Various numerical experiments validate the proposed modification of AUSMPW+ scheme is accurate and robust to solve multiphase flow within the framework of two-fluid model.
The subcavity passive control technique is used in present study. Cavity-induced pressure oscillation has been investigated numerically for a supersonic three-dimensional flow over rectangular cavities at Mach number 1.83 at the cavity entrance. Time dependent supersonic turbulent flow over cavity were examined by using the three-dimensional, mass-averaged Navier-Stokes equations based on a finite volume scheme and large eddy simulation. The results showed that the resultant amount of attenuation of cavity-induced pressure oscillations was dependent on the length and thickness of the flat plate.
A regenerative signal amplifying gate driver of self-excited electronic ballast is presented. It can be used for high pressure sodium (HPS) lamp without auxiliary external ignitor. Since the HPS lamp requires very high ignition voltage at start up, the resonant frequency of the circuit must be increased to obtain high voltage oscillations in spite of relatively small resonant current. The presented gate driver amplifies the current of gate drive transformer and raises the gate-source voltage Quickly to turn on the MOSFET switches. Hence, the resonant frequency can be increased more than 100kHz. The HPS lamp used in the simulation and experiment has the rating of 400W input power at 220V input ac voltage source. The experiments show that the resonant frequency is above 150kHz at start up.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.413-418
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2008
Flow instability in the rocket turbo pump system can be caused by various reasons such as valve, orifice and venturi, etc. The inception of cavitation, especially in the propellant feeding system, is the primary cause of the mass flow and pressure oscillation due to cyclic formation and depletion of cavitation. Meanwhile, the main propellant in liquid rocket engine is the cryogenic one, which is very sensitive to temperature variation, and the variation of propellant properties caused by thermodynamic effect should be accounted for in the flow analysis. The present study focuses on the formation of cryogenic cavitations by adopting IDM model suggested by Shyy and coworkers. Also, the flow instability was investigated in the downstream of orifice by using a developed numerical code. Calculation results show that cryogenic cavitations can lead to flow instability resulting in mass flow fluctuations due to pressure oscillations. And the prediction of cavitations in cryogenic fluid is of vital importance in designing feeding system of LRE.
An analysis of the dynamics in the closing phase of the occluder of a mechanical monoleaflet heart valve prosthesis is presented. The dynamic analysis of the fluid in the vicinity of the occluder was based on the control vo]use approach. The backflow velocity of the fluid was computed by applying the continuity, Bernoulli's and momentum equations in the unsteady state. By considering the fluid pressure and gravity as external forces acting on the occluder, the moment equilibrium on fine occluder was employed to analyze the motion of the occluder during closing and the force of impact between the occluder and the guiding struts. Occluder comes to rest after several oscillations in about 10-18 msec after the Inltiaton of closing. As the aortic pressure increases, the occludes closes faster and comes to the final resting position earlier and the impact force increases also. But backflow is not af footed by the variation of the aortic pressure. With decreasing time delay of the ventricle pressure, the occluder closes faster and impact force Increases. The computed magnitudes of the occluder tiP velocities as well as the backflow of the fluid during the closing phase using this model were in agreement with previously reported experimental measurements.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2005.11a
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pp.117-120
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2005
The present study describes unsteady flow phenomena generated in a supersonic flow passing over a rectangular cavity and suggests a way of control of pressure oscillation, doing harm to overall performance and stable operation of aerodynamic and industrial applications. The three-dimensional, unsteady, compressible Navier-stokes equations are numerically solved based on a fully implicit finite volume scheme and large eddy simulation. The cavity flow are simulated with and without control methods, including a triangular bump and blowing jet installed near the leading edge of the cavity. The results show that the pressure oscillation is attenuated by both control techniques, especially near the trailing edge of cavity.
We have investigated the transient behavior of 1D fully developed Poiseuille viscoelastic flow under finite pressure gradient described by the Oldroyd-B and Leonov constitutive equations. For analysis we employ a simple $2^{nd}$ order discretization scheme such as central difference for space and the Crank-Nicolson for time approximation. For the analysis of the Oldroyd-B model, we also apply the analytical solution, which is obtained again in this work in terms of elementary solution procedure simpler than the previous one (Waters and King, 1970). Both models demonstrate qualitatively similar solutions, but their eventual steady flowrate exhibits noticeable difference due to the absence or presence of shear thinning behavior. In the inertialess flow, the flowrate instantaneously attains a large value corresponding to the Newtonian creeping flow and then decreases to its steady value when the applied pressure gradient is low. However with finite liquid density the flow field shows severe fluctuation even accompanying reversals of flow directions. As the assigned pressure gradient increases, the flowrate achieves its steady value significantly higher than its value during oscillations after quite long period of time. We have also illustrated comparison between 1D and 2D results and possible mechanism of complex 2D flow rearrangement employing a previous solution of [mite element computation. In addition, we discuss some mathematical points regarding missing boundary conditions in 2D modeling due to the change of the type of differential equations when varying from inertialess to inertial flow.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.228-233
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2004
The spray and acoustic characteristics by the self-oscillation of a swirl coaxial injector were experimentally studied. The self-oscillation of a swirl coaxial injector is defined as pressure and flowrate oscillations by a time-delayed feedback between liquid and gas phase and has strong influences on atomization and mixing processes. Hence the occurrence and effect of the self-oscillation are measured using shadow photography technique, acoustic test and PDPA. The occurrence of self-oscillation largely depends on the injection conditions, such as pressure drop of liquid phase and relative momentum ratio. From the experimental results, self-oscillation occurs when the momentum of gas phase is enough large and the smaller the pressure drop of liquid phase is, the better self-oscillation occurs at the same momentum ratio. The self-oscillation is also affected by injector geometries, increasing the recess length results in the expansion of self-oscillation region and the increase of sound pressure level. The self-oscillation of a swirl coaxial injector accompanies a high intensity scream and this scream may provide harmful disturbances to combustion processes. Self-oscillation leads to strong changes in the drop size distribution and smoothly varies the slope of radial SMD distribution.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.14
no.5
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pp.8-14
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2010
For the development of a liquid rocket engine, hot-firing tests of a regeneratively cooled thrust chamber were performed at chamber pressures of approximately 30 and 60 bars. In the paper, pressure fluctuation data, which were obtained from the dynamic pressure transducers installed in propellant manifolds and combustion chamber, were analyzed. Compared to the data at chamber pressure of 60 bar, the results at chamber pressure of 30 bar showed low-frequency oscillations around 150 Hz in the combustion chamber. The low-frequency waves in the combustion chamber were coupled with those in the manifolds. However, the RMS values of the chamber pressure fluctuations at chamber pressure of 30 bar were only 0.8% of the chamber pressures. Thus, it can be inferred that the thrust chamber operates in the stability boundary even at low chamber pressure.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.179-190
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2011
The swirling flow developing in Francis turbine draft tube under part load operation leads to pressure fluctuations usually in the range of 0.2 to 0.4 times the runner rotational frequency resulting from the so-called vortex breakdown. For low cavitation number, the flow features a cavitation vortex rope animated with precession motion. Under given conditions, these pressure fluctuations may lead to undesirable pressure fluctuations in the entire hydraulic system and also produce active power oscillations. For the upper part load range, between 0.7 and 0.85 times the best efficiency discharge, pressure fluctuations may appear in a higher frequency range of 2 to 4 times the runner rotational speed and feature modulations with vortex rope precession. It has been pointed out that for this particular operating point, the vortex rope features elliptical cross section and is animated of a self-rotation. This paper presents an experimental investigation focusing on this peculiar phenomenon, defined as the upper part load vortex rope. The experimental investigation is carried out on a high specific speed Francis turbine scale model installed on a test rig of the EPFL Laboratory for Hydraulic Machines. The selected operating point corresponds to a discharge of 0.83 times the best efficiency discharge. Observations of the cavitation vortex carried out with high speed camera have been recorded and synchronized with pressure fluctuations measurements at the draft tube cone. First, the vortex rope self rotation frequency is evidenced and the related frequency is deduced. Then, the influence of the sigma cavitation number on vortex rope shape and pressure fluctuations is presented. The waterfall diagram of the pressure fluctuations evidences resonance effects with the hydraulic circuit. The influence of outlet bubble cavitation and air injection is also investigated for low cavitation number. The time evolution of the vortex rope volume is compared with pressure fluctuations time evolution using image processing. Finally, the influence of the Froude number on the vortex rope shape and the associated pressure fluctuations is analyzed by varying the rotational speed.
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