Three-dimensional vortical flow and separated flow topology near the casing wall in an axial flow fan having two different tip clearances have been investigated by a Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) flow simulation. The simulation shows that the tip leakage vortex formed close to the leading edge of the blade tip on suction side grows in the streamwise direction. On the casing wall, a separation line is formed upstream of the leakage vortex center due to the interference between the leakage vortex and main flow. The reverse flow is observed between the separation line and the attachment line generated downstream of the trailing edge, and increased with enlarging tip clearance. The patterns of a leakage velocity vector including a leakage flow rate are also analyzed according to two tip clearances. It is noted that the understanding of the distribution of a limiting streamline on the casing wall is very important to grasp the characteristics of the vortical flow in the axial flow fan.
복합지형을 지나는 박리흐름(separated flows)들이 와도 이론에 의해 모델링 되었다. 흐름은 비회전성 및 비점성으로 가정하였으며, 선형 시어흐름에 대한 유선함수를 결정하기 위해 새로운 기법이 기술되었다. 지형지물의 형태로는 snow cornice과 backward-facing step을 정의하였으며, 이러한 지형지물의 후미에는 유체의 박리현상과 역류현상(reattachment)이 생긴다. 유체의 박리현상이 지형지물의 가장자리에 발생되게 하기 위해 점 와도를 흐름에 발생시켰고, 지형지물의 가장자리에 있는 뾰족한 부분을 완화하고 최대곡률 부근에서의 섭동운동에 중요한 박리흐름 발생지점의 구속조건을 없애기 위해 conformal mapping을 수정하였다. 와도 발생지점에서 와도를 평형으로부터 이동시키거나, 또는 임의의 섭동을 초기흐름에 가하는 방식으로 섭동을 가하여 비정상흐름을 발생시켰다. 박리지점의 풍상측에서 연속적으로 방출되고, 또한 bubble의 이차순환에 의해 변형된 물질의 궤적들이 수치적으로 적분되었으며, 시간에 대한 농도누적이 역류지점의 풍하측 고정된 지점에서 계산되었다. 본 연구에 사용된 모델은 방출물질의 확산형태와 간헐성을 제대로 다룰 수 있음을 알 수 있으며, 이산적인 방법에 의한 다중-와도모델 및 수치모델의 결과들과도 일치한다. 본 연구에 의하면, 박리 및 역류현상이 있는 유체의 흐름 속에 순환하는 bubble들의 비정상상태(unsteadiness)는 풍하측에서 대규모의 고농도 누적을 일으키는 주요 원인이다.
The vortex tube is a simple device which splits a compressed gas stream into a cold stream and a hot stream without any chemical reactions. Recently, vortex tube is widely used to local cooler of industrial equipments and air supply system. In this study, the insulation effect of surface on the efficiency of vortex tube was performed experimentally. The experiment is carried out for nozzle area ratio of 0.194, diameter ratio of cold end orifice of 0.6 and input pressure ranging from 0.2Mpa to 0.5Mpa. The purpose of this study is focused on the effect of surface insulation of vortex tube with the variation of cold air mass flow ratio. The results indicate that the temperature difference of cold and hot air are higher about 12% and 30% than that of not insulated vortex tube respectively. Furthermore, for the insulated vortex tube, the similarity relation for the prediction of cold end temperature as the function of cold air mass flow ratio and input pressure is obtained.
본 연구는 Vortex tube 형 이산화탄소 흡수장치에서 연소배가스 중 $CO_2$ 흡수 특성을 고찰한 것이다. 연소배가스로는 석탄(유연탄)을 연료로 하는 증기발생량 12 ton/hr 규모의 순환유동층 연소보일러에서 발생한 것을 이용하였으며 이산화탄소농도는 11~13 vol% 내외이다. 흡수 용액은 MEA 20 wt%를 기준으로 AMP, HMDA, 강염기계 KOH를 혼합하였다. 본 연구의 목적은 $CO_2$ 흡수장치를 Scrubbing 방식보다 소형화하고, 흡수용액을 절감하는 것이다. 흡수장치는 연소배가스 유량 $20Nm^3/hr$를 처리할 수 있는 직경 17 mm, 길이 250 mm의 Vortex tube 형을 사용하였다. 연소배가스와 흡수용액의 혼합 분무를 통한 $CO_2$ 제거율을 측정하였다. 실험조건은 흡수용액 농도(20~50 wt%), 흡수용액 유량(1.0, $3.0{\ell}/min$)과 연소배가스 유량($6{\sim}15Nm^3/hr$)을 변화시켰다. 결과적으로, MEA에 HMDA를 혼합한 흡수용액의 $CO_2$ 제거율이 가장 우수(약 43% 제거율)하였으며, Vortex tube 장치에서 고속유동의 기 액 접촉효과 및 기 액 분리 특성을 이용하여 $CO_2$ 흡수가 가능하였다. 그러나 $CO_2$ 흡수 효율 향상을 위한 추가적인 공정개발이 요구된다.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권2호
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pp.262-270
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2011
Experimental and numerical investigations were conducted for an internal flow in an axial flow stator of a diagonal flow fan. A corner separation near the hub surface and the suction surface of a stator blade was focused on, and further, three-dimensional vortices in separated flow were investigated by the numerical analysis. At low flow rate of 80% of the design flow rate, a corner separation of the stator between the suction surface and the hub surface can be found in both experimental and calculated results. Separation vortices are observed in the limiting streamline patterns both on the blade suction and on the hub surfaces at 80% of the design flow rate in the calculated results. It also can be observed in the streamline pattern that both vortices from the blade suction surface and from the hub surface keep vortex structures up to far locations from these wall surfaces. An attempt to explain the vortices within a three-dimensional separation is introduced by using vortex filaments.
The unsteady flow characteristics and the related noise of separated incompressible laminar boundary layer flows (Re$\sub$$\delta$/* = 614, 868, and 1,063) are numerically investigated. The characteristic lines of the wall pressure are examined to identify the primary noise source, related with the unsteady motion of the vortex at the reattachment point of the separation bubble. The generation and propagation of the vortex-induced noise in the separated laminar boundary layer are computed by the method of Computational Aero-Acoustics (CAA), and the effects of Reynolds number, Mach number and adverse pressure gradient strength are examined.
Cyclones have been extensively used in the industry for removing fine particles from the gaseous streams, based on simplicity in design and construction in association with low cost and flexibility to operate in extreme and harsh environments. However, industrial cyclones are typically not very efficient for particles smaller than 10μm. In this work, in order to improve the separation efficiency of reverse flow cyclones, a simple device named Post Cyclone(Poc) in installed on the top of an existing cyclone. Thereby the residual swirl present at the outlet (vortex finder) of a conventional cyclone has been used to capture the escaped dust from the cyclone in the PoC. The performance of PoC was closely evaluated by changing configuration of the PoC and operation condition. In addition, the dust behaviour in th PoC was investigated based on the hypothesis of residual vortex.
To reduce the air side pressure drop in air-cooled heat exchanger, tow-in type winglet vortex generators are applied. A specially designed multiple-channel test core was used in the experiments for the various geometry of winglet vortex generators. The proposed tow-in type vortex generator gives significant separation delay, reduces form drag, and removes the zone of poor heat transfer from near-wake of the tubes. The results show the significant pressure drop reduction for the tow-in win91e1 vortex generators with the similar enhancement of the heat transfer as other vortex generator applications in heat exchanger. In the range of Reynolds number of 350 to 2100 the pressure drop decrease 8∼15% and 34∼55% for the in-line and staggered tube banks, respectively, compared to those without vortex generators.
The present study deals with CFD analysis of 'The vortex generators on plastic plate heat exchanger'. When a vortex generator is placed on the heat transfer surface, the flow gets more complex because it entails complicated three-dimensional flows such as separation, reattachment, and recirculation. CFX-5.4, a commercial code utilizing unstructured mesh, has been used as a computational method for solving RANS(Reynolds-Averaged Wavier-Stokes) equations, and the applied turbulence model is $k-{\varepsilon}$ model. In addition, those computational analyses were implemented under various conditions , with or without the vortex generator between two plates, the number, form and the size of vortex generator, and different attack of angle. From the calculated temperature, velocity and pressure distribution, vorticity, wall heat flux and so on under those conditions, this study shows the effect of vortex on heat transfer.
본 연구에서는 이러한 경험적인면이 최소화되고 물리적 의미가 부여된 후류모 델을 제시하여 일반적인 형상에 대한 계산에 앞서 Celik등의 경우와 같이 원통 주위유 동장을 먼저 다루어 보고자 한다. 다른 방법들과는 달리 후류면의 길이를 조절하지 않고 후류면에서의 와도분포를 점차 감소시켜 후류영향이 자연적으로 감소되게 하였는 데, 이는 물체에서 떨어져 나간 와류(vortex)가 확산에 의해 점차 소멸해가는 점을 모 델링한 것이다. 본 계산은 경계층배제두께의 영향을 무시하고 후류모델에 필요한 박 리점은 실험치를 사용하여 수행하였다. 박리점의 예측은 기존의 경계층해법을 도입 하면 쉽게 해결할 수 있어 큰 문제가 아니라고 생각하며 다만 배제두께 영향은 Reyno- lds수에 따라 계산 결과에 다소 영향을 미칠 수 있게 되는데 이는 뒤에 다시 다루기로 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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