Kim, Jin-Hyuk;Cha, Kyung-Hun;Kim, Kwang-Yong;Jang, Choon-Man
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.5
no.4
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pp.168-173
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2012
This paper presents a numerical investigation on the aerodynamic performance according to the application of splitter blades in an impeller of a centrifugal fan used for a refuse collection system. Numerical analysis of a centrifugal fan was carried out by solving three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with the shear stress transport turbulence model. A validation of numerical results was conducted by comparison with experimental data for the pressure and efficiency. From analyses of the internal flow field of the reference fan, the losses by the reverse-flows were observed in the region of the blade passage. In order to reduce these losses and enhance fan performance, two splitter blades were applied evenly between the main blades, and centrifugal impellers having the different numbers of the main blades were tested with their application. Throughout the numerical analyses of the centrifugal fan with splitter blades, it was found that the reverse-flow regions in the blade passage can be reduced by controlling the main blade numbers with splitter blades. The application of splitter blades in a centrifugal fan leads to significant improvement in the overall fan performance.
This study deals with the numerical investigation on two-dimensional lubrication characteristics of micro-dimple shapes fabricated on solid surfaces by using the commercial CFD code (Fluent V.6.3) to examine the influence of micro dimple depth and width on the reduction in friction under the sliding plate condition. In addition, single and multiple dimple arrays are simulated, all for a fixed area fraction of dimple on the surface. As a result, it is found that the existence of micro-dimpled surface makes it possible to substantially reduce the friction forces exerted on the surfaces, and such an optimum dimple depth would be present because the dimple depth larger than the optimum value did no longer affect the reduction in shear stresses, indicating that the reduction of friction is likely to be associated with inner flows of lubricant inside dimples. Moreover, it is observed that at the fixed area fraction, the friction reduction increases with the increase of dimple diameter.
An experimental study was carried out in order to investigate the influence of flow conditions on a boundary layer in the near-wake of a flat plate. The flow conditions in the vicinity of the trailing edge that is influenced by upstream condition history are an essential factor that determines the physical characteristics of a near-wake. Tripping wires attached at various positions were selected to change flow conditions of a boundary layer. The flows such as laminar, transitional, and turbulent boundary layer at 0.98C from the leading edge are imposed in order to investigate the evolution of symmetric and asymmetric wake. An x-type hot-wire probe(55P61) is employed to measure at 8 stations in the near-wake. Test results show that the near-wake for the case of a turbulent boundary layer is relatively insensitive to instability after separating at the trailing edge, and Reynolds shear stress in the near-wake for the case of a turbulent boundary layer collapses due to turbulent kinetic energy.
Kim, Do-Hun;Lee, In-Chul;Koo, Ja-Ye;Cho, Yong-Ho;Kang, Moon-Jung;Kim, Yoon-Gon
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.3
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pp.31-39
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2011
The flowfield in a solid rocket motor was simulated at the wall-injection test model, which has a fin-slot grain and submerged nozzle, and visualized by a smoke-wire. The high speed CCD camera captured the visualized images around the nozzle inlet through the grain center port. The vortical tube structure and circumferential flow patterns at the nozzle throat were visualized. The radial momentum transfer caused by the shear-interactions of slot-outlet flow, fin-base flow and grain port flow from upstream worked as the source of these phenomena.
Wall functions have been widely used in computational fluid dynamics (CFD) simulations and can save significant computational costs compared to other near-wall flow treatment strategies. However, most of the existing wall functions were based on the asymptotic characteristics of near-wall flow quantities, which are inapplicable in complex and non-equilibrium flows. A modified wall function is thus derived in this study based on flow over a plate at zero-pressure gradient, instead of on the basis of asymptotic formulations. Turbulent kinetic energy generation ($G_P$), dissipation rate (${\varepsilon}$) and shear stress (${\tau}_{\omega}$) are composed together as the near-wall expressions. Performances of the modified wall function combined with the nonlinear realizable k-${\varepsilon}$ turbulence model are investigated in homogeneous equilibrium atmosphere boundary layer (ABL) and flow around a 6 m cube. The computational results and associated comparisons to available full-scale measurements show a clear improvement over the standard wall function, especially in reproducing the boundary layer flow. It is demonstrated through the two case studies that the modified wall function is indeed adaptive and can yield accurate prediction results, in spite of its simplicity.
Kim, Byong-June;Choi, Soon-Ho;Kim, Hyoung-Tae;Van, Suak-Ho
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.5
s.143
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pp.448-457
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2005
The experiment was performed at the large wind tunnel of the Chungnam National University to measure the velocity distribution around the stern of a Liquefied Natural Gas Carrier model. The data, mean velocity vectors of turbulent shear flows at the stern and near-wake including the propeller plane, were obtained by a five-hole Pilot tube for the double body model fixed inside the wind tunnel test section. The present result of the double body model shows a close agreement with the result of the lowing tank experiment performed by the KRISO for the same ship model. The characteristics of the LNG stern flow are discussed based on the measured velocity distribution. The data can be very useful for the validation of some numerical methods in computational fluid dynamics.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.12
no.1
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pp.102-111
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2000
A numerical model which simulates the simultaneous heat and mass transfer within a vertical tube GAX absorber was developed. The ammonia vapor and the solution liquid are in counter-current flow, and the hydronic fluid flows counter to the solution liquid. The film thickness and the velocity distribution of the liquid film were obtained by matching the shear stress at the liquid-vapor interface. Two-dimensional diffusion and energy equations were solved in the liquid film to give the temperature and concentration, and a modified Colburn-Drew analysis was used for the vapor phase to determine the heat and mass fluxes at the liquid-vapor interface. The model was applied to a GAX absorber to investigate the absorption rates, temperature and concentration profiles, and mass flow rates of liquid and vapor phases. It was shown that the mass flux of water was negligible compared with that of ammonia except the region near the liquid inlet. Ammonia absorption rate increases rapidly near the liquid inlet and decrease slowly. Both the absorption rate of ammonia vapor and the desorption rate of water near the liquid inlet increase as the vapor mass flow rate increases, but the mass fluxes of the ammonia and the water near the liquid outlet decrease as the mass flow rate of the vapor increases.
Experimental results for viscous flow of poly (${\gamma}$ -methyl L-glutamate) solutions have been published elsewhere. The data of $[{\eta}]^f / [{\eta}]^0$ are expressed by the following equation, $\frac{[{\eta}^f]}{[{\eta}^{\circ}]}=1-\frac{A}{\eta^\circ}{1-\frac{sin^{-1}[{\beta}_2(f/{\eta}_0)\;{e}xp\;(-c_2f^2/{\eta}_0^2kT)]}{{\beta}_2f/{\eta}_0}$ (A1) where $[{\eta}]^f\; and\; [{\eta} ]^0$ are the intrinsic viscosity at shear stress f and zero, respectively, $ A{\equiv}lim\limits_{C{\rightarrow}0}[(1/C)(X_2/{\alpha}_2)({\beta}_2/{\eta}_0)],{\eta}_0$ viscosity of the solvent, ${\beta}_2$ is the relaxation time of flow unit 2, $c_2$ is a constant related to the elasticity of flow unit 2. The theoretical derivation of Eq.(A1) is given in the text. The experimental curves of $[{\eta}]^f / [{\eta}]^0$ vs. log f are compared with the theoretical curves calculated from Eq.(A1) with good results. Eq.(A1) is also applied to non-biopolymeric solutions, and it was found that in the latter case $c_2 = 0.$ The reason for this is explained in the text. The problems related to non-Newtonian flows are discussed.
Microbubble technology has been widely applied in various industrial fields. Recently, research on many types of microbubble application technology has been conducted experimentally, but there is a limit in deriving the optimal design and operating conditions. Therefore, if the computational fluid dynamics (CFD) analysis of multiphase flow is used to supplement these experimental studies, it is expected that the time and cost required for prototype production and evaluation tests will be minimized and optimal results will be derived. However, few studies have been conducted on multiphase flow CFD analysis to interpret fluid flow in microbubble generators using swirl flow. In this study, CFD simulation of multiphase flow was performed to analyze the air-water mixing process and fluid flow characteristics in a microbubble generator with a dual-chamber structure. Based on the simulation results, it was confirmed that a negative pressure was formed on the central axis of rotation due to the strong swirling flow. And it could be seen that the air inside the suction tube was introduced into the inner chamber of the microbubble generator. In addition, as the high-speed mixed fluid collided with external water sucked by the negative pressure near the outlet, a large amount of microbubbles was ejected due to the shear force between the two flows flowing in opposite directions.
Improved version of previous 'Orthotropic' closure approximation, termed 'ORW' has been numerically developed using new homogeneous flow data. Previous 'Orthotropic' closure approximation, i.e., ORF or ORL showed non-physical oscillation for interaction coefficient $C_1$<0.001 at simple shear flow. It also shows non-physcial oscillation and under-prediction compared with 'Distribution Function Calculation' at non-homogeneous flow of center-gated disk. These phenomena are mainly due to the flow data of 'Distribution Function Calculation' which were used for least-square optimization. ORW obtained by fitting flow data of low interaction coefficient does not show non-physical oscillation and results in reasonably good behaviors at non-homogeneous flows as well as homogeneous flows. Fitting function forms have not been found to improve overall behaviors. It has been found that considering all the eigenvalues of orientation tensor (including the third eigenvalues) might end up with a better closure approximation than just considering the first and second eigenvalues. It is, however, very important and yet difficult to select appropriate function forms of eigenvalues. Numerical simulation including coupling and in-plane velocity gradient effects were performed for injection mold filing process with a film-gated strip and a center-gated disk using ORW and various other closure approximations for comparisons. Although ORW is in excellent agreement with 'Distribution Function Calculation', the predicted results seem to have consistent error in comparison with experimental data. The diffusivity term with constant interaction coefficient might have to be further investigated in order to accurately describe orientation states.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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