In this paper, a new method for the stability analysis of a pipe conveying fluid which pulsates periodically is presented. The finite element model is formulated liking into consideration of the effects of the fluid pulsating in a pipe. The damping and stiffness matrices in the finite element equation vary with time due to pulsating fluid. Coupled effects of several harmonic components in the velocity of fluid to a pipe is discussed. A new unstable region appears which will not appear in the stability analysis of single pulsating frequency. A method to directly estimate the forced response of pipe is also discussed. The results presented in this paper are verified by the time domain analysis.
A new instantaneous flowmeter for hydraulics by means or cylindrical chokes is developed. In this method the instantaneous flowrate through chokes is predicted in real time from measurement of pressure difference on both sides of cylindrical choke. The experimental study for the flowrate of pulsating flow in a pipe is carried out to measure differential pressure drop by using a strain gauge pressure transducer with data acquisition and processing system. A pulsating flow is verified by a visualization method. In the present study, the flow characteristic variables of laminar pulsating flow are investigated analytically and experimentally in a circular pipe. Characteristic parameters of ratio of inertia term to pressure term($\phi_{t.1}$) and ratio of viscous term to pressure term($\phi_{z.1}$) are introduced to describe the flow pattern of laminar pulsating flow.
Based on experimental analysis, the characteristics of pulsating pressure wave propagation is clarified by testing of 4-stroke gasoline engine. The pulsating pressure wave in exhaust system is generated gyulsating gas flow due the working of exhaust valve. The pulsating pressure wave is closely concerned to the loss of engine power according to back pressure and exhaust noise. It is difficult to exactly calculate pulsating pressure wave nonlinear effect. Therefore, in the first step for solving these problems, this paper contains experimental model and analysis method which are applied two-port network analysis. Also, it shows coherence function, frequency response function. back pressure, and gradient of temperature in exhaust system.
In order to simulate and visually observe combustion phenomena in cylindrical radial-flow porous inert media, a radial multi-channel burner, made of transparent quartz plates, was fabricated. Flame stabilization characteristics and its pulsating instability in the burner were experimentally investigated with respect to various mixture flow rates and equivalence ratio. As a result, five different flame behaviors, such as stable flame, pulsating instability, sudden extinction, blowout and unstable extinction, were observed. Mean radial position of circularly arranged multi-flame and its averaged burning velocity were measured and then compared to the freely propagating flame. The multi-flame pulsation frequency is about several tens of Hz and it is supposed to be generated by the heat diffusion enhancement to cold pre-mixture by the intensive gas-solid interaction.
The examination on the operating mechanism of a pulsating heat pipe (PHP) using visualization revealed that the working fluid in the PHP oscillated to the axial direction by the contraction and expansion of vapor plugs. This contraction and expansion is due to the formation and extinction of bubbles in the evaporating and condensing section, respectively. In this paper, a theoretical model of PHP was presented. The theoretical model was based on the separated flow model with two liquid slugs and three vapor plugs. The results show that the diameter, surface tension and charge ratio of working fluid have significant effects on the performance of the PHP. The following conclusions were obtained. The periodic oscillations of liquid slugs and vapor plugs were obtained under specified parameters. When the hydraulic diameter of the PHP was increased to d=3mm, the frequency of oscillation decreased. By increasing the charging ratio from 40 to 60 by volume ratio, the pressure difference between the evaporating section and condensing section increased, the amplitude of oscillation reduced, and the oscillation frequency decreased. The working fluid with higher surface tension resulted in an increase in the amplitude and frequency of oscillation. Also the average temperature of vapor plugs decreased.
Evaporation heat transfer characteristics by pulsating flow in a plate heat exchanger have been investigated experimentally in this study. R-l34a is evaporated by receiving heat from the hot water in the plate heat exchanger. The pulsating frequency in refrigerant side of the plate heat exchanger is varied in the range of 5-25 Hz. The operating pressure of R-l34a and mass flux of hot water are also varied 0.6-0.9 MPa and $45-105 kg/m^2s$, respectively. The experimental results indicate that evaporation heat transfer coefficient of pulsating flow is improved up to 6.3% compared with that of the steady flow at 10 Hz and $G_w=45 kg/m^2s$. It is also found that the evaporation heat transfer enhancement ratio is decreased with an increase in mass flux of hot water, and the evaporation heat transfer enhancement is little influenced by operating pressure of R-l34a.
An experimental apparatus was prepared to investigate thermal and hydrodynamic characteristics of regenerator at cryogenic temperature under pulsating pressure condition. The regenerator was pressurized and depressurized by a compressor with various operating frequencies. Cold end of the regenerator was maintained around 100 K by means of a liquid nitrogen heat exchanger. Instantaneous gas temperature and mass flow rate were measured at both ends of the regenerator during the whole pressure cycle. Pulsating pressure drop across the regenerator was also measured to see if it could be predicted by a friction factor at steady flow condition. The operating frequency of pressure cycle was varied between 3 and 60 Hz, which are typical operating frequencies of Gifford-McMahon, pulse tube, and Stilting cryocoolers. First, the measured friction factor for typical wire screen mesh regenerator was nearly same as steady flow friction factor for maximum oscillating Reynolds number up to 100 at less than 9 Hz. For 60 Hz operations, however, the discrepancy between oscillating flow friction factor and steady flow one was noticeable if Reynolds number was higher than 50. Second, the ineffectiveness of regenerator was directly calculated from experimental data when the cold-end was maintained around 100 K and the warm-end around 293 K, which simulates an actual operating condition of cryogenic regenerator. Influence of the operating frequency on ineffectiveness was discussed at low frequency range.
A numerical study has been conducted to investigate the effect of an inlet flow pulsation on mixing of two solutions with different concentrations in a micro conduit. We treat an unsteady, incompressible and two-dimensional flow through a micro conduit by adopting the momentum equations with the electrostatic force due to streaming current and the concentration equation. The feasibility of the inlet flow pulsation to enhance the mixing process inside the micro conduit is carefully examined by varying the inlet pulsation frequency. When a low-frequency pulsation is induced at the inlet, the interface between two solutions with different concentrations becomes wavy, which results in mixing enhancement. As the pulsation frequency increases, the waviness of the interface becomes meager, and the concentration gradients at the interface approach the value for the non-pulsating steady flow.
The usefulness of unsteady combustion was experimentally investigated using confined premixed flames stabilized by a rearward-facing step. For this purpose, apparatus of forced pulsating mixture supply, which could be modulated its amplitude and frequency, was designed. The unsteady combustion used in this experiment plays an important role in controlling self-excited combustion oscillations and furthermore it exhibits desirable performance, from a practical point of view, such as high combustion and reduction of pollutant emission like nitric oxide.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제13권1호
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pp.260-277
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2021
The appropriate radiation conditions of ship motion problem with advancing speed in frequency domain are investigated from a theoretical and practical point of view. From extensive numerical experiments that have been conducted for evaluation of the relevant radiation conditions, a hybrid radiation technique is proposed in which the Sommerfeld radiation condition and the free surface damping are mixed. Based on the comparison with the results of the translating and pulsating Green function method, the optimal damping factor of the hybrid radiation technique is selected, and the observed limitations of the proposed hybrid radiation technique are discussed, along with its accuracy obtained from the numerical solutions. Comparative studies of the forward-speed seakeeping prediction methods available confirm that the results of applying the hybrid radiation technique are relatively similar to those obtained from the translating and pulsating Green function method. This confirmation is made in comparisons with the results of solely applying either the free surface damping, or the Sommerfeld radiation condition. By applying the proposed hybrid radiation technique, the wave patterns, hydrodynamic coefficients, and motion responses of the Wigley III hull are finally calculated, and compared with those of model tests. It is found that, in comparison with the model test results, the three-dimensional Rankine source method adopting the proposed hybrid radiation technique is more robust in terms of accuracy and numerical stability, as well as in obtaining the forward speed seakeeping solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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