Spiral jet is characterized by a wide region of the free vortex flow with a steep axial velocity gradient, while swirl jet is largely governed by the forced vortex flow and has a very low axial velocity at the jet axis. However, detailed generation mechanism of spiral flow components is not well understood, although the spiral jet is extensively applied in a variety of industrial field. In general, it is known that spiral jet is generated by the radial flow injection through an annular slit which is installed at the inlet of a conical convergent nozzle. The present study describes a computational work to investigate the effects of annular slit on the spiral jet. In the present computation, a finite volume scheme is used to solve three dimensional Naver-Stokes equations with RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model. The annular slit width and the pressure ratio of the spiral jet are varied to obtain different spiral flows inside the conical convergent nozzle. The present computational results are compared with the previous experimental data. The results obtained obviously show that the annular slit width and the pressure ratio of the spiral jet strongly influence the characteristics of the spiral jets, such as tangential and axial velocities.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.1
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pp.50-55
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2004
In this study, slit-tones by plane impinging jet are investigated experimentally over the whole subsonic flow range, especially at low speeds, in order to obtain the instability behaviour of impinging plane jet. Slit-tones are generated at low speeds associated with laminar shear layer instability as well as at high speeds associated with turbulent instability. Most of low-speed slit-tones are induced by symmetric mode instability unless the slit is not so wide, in which case antisymmetric modes are induced like edge-tones. It is found that the frequencies at low speeds ate controled by the unstable condition of the vortex at the nozzle exit and its pairings by which the frequencies are decreased by half. In the case of symmetric modes related with low-speed slit-tones, frequencies lower than those associated with one-step pairings are not found.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.13
no.4
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pp.237-245
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2009
A numerical solution is provided for a jet produced by a flow emerging from a slit at the bottom corner of a quarter plane. The flow is characterized by the Froude number F, based on the net volume flux and the width of the slit. We perform the free-surface flow for various values of F and another parameter corresponding to the position of the vertical wall. A jet with back-flow near the edge of the vertical wall is obtained, and the limiting case is a jet with a stagnation point.
Spiral jet is characterized by a wide region of the free vortex flow with a steep axial velocity gradient, while swirl jet is largely governed by the forced vortex flow and has a very low axial velocity at the jet axis. However, detailed generation mechanism of spiral flow components is not well understood, although the spiral jet is extensively applied in a variety of industrial field. In general, it is known that spiral jet is generated by the radial flow injection through an annular slit which is installed at the inlet of convergent nozzle. The objective of the present study is to understand the flow characteristics of the spiral jet, using a computational method. A finite volume scheme is used to solve 3-dimensional Navier-Stokes equations with RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model. The computational results are validated by the previous experimental data. It is found that the spiral jet is generated by coanda effect at the inlet of the convergent nozzle and its fundamental features are dependent the pressure ratio of the radial flow through the annular slit and the coanda wall curvature.
As one of the development directions of high-performance ships to reduce greenhouse gas emissions, there is research on high-performance propellers. However, in the case of conventional screw propellers, as they have been studied for a long time, there is a limit to improving efficiency only by depending on the conventional design and analysis methods. In this study, we tried to solve the problems using the Coanda effect by spraying a jet on the surface of the hydrofoil. The Coanda hydrofoil consists of a tunnel and jet slit to make jet flow. The computation was performed for each tunnel and slit position, and the efficiency according to the geometry of the hydrofoil was analyzed. In addition, a study on the 3D geometry change was conducted to analyze the performance according to the span direction spraying range and hydrofoil shape. As the height of the slit and the diameter of the tip were lower, when the slit is located in the center of the hydrofoil, the lift force increased and the drag force decreased. The increase rate of lift-to-drag ratio was different according to the shape of the hydrofoil, and the efficiency of the spraying condition of 0.1S-0.5S, which had the least effect on the vortex at the tip of the blade, was high for all 3D hydrofoils. When the geometry of the slit was optimized, and also the shape and spray range of the hydrofoil in 3D was considered, the efficiency of the jet sprayed hydrofoil was increased.
Bae, Chang Han;Kang, Yun Hyeong;Ahn, Hyun Jong;Kim, Jeong Soo
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.26
no.1
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pp.60-67
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2022
A study was conducted to analyze the behavioral change of the kerosene flame ultrasonically-atomized under an ultrasonic standing-wave. Combustion region was visualized through DSLR, ICCD camera and the Schlieren photography with high-speed camera. The fuel consumption was measured by a precise scale. As a result, in the case of ultrasonic standing-wave excitation, it was observed that the intensity of OH radical(OH*) was enhanced and optimal combustion condition was formed around the upper edge of the standing-wave field.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.1
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pp.17-25
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2017
An experimental study was performed for the combustion-field visualization of the burner which burns the liquid hydrocarbon fuel atomized by an ultrasonic oscillator. Configurations of the flame and temperature gradient were caught by both high-speed camera and thermo-graphic camera, and those images were analyzed in detail through a post-processing. In addition, the fuel consumption was measured using the balance during the combustion reaction. As a result, the consumption of atomized fuel increased with the increasing flow-rate of carrier-gas, but any correlation between the air/fuel ratio and carrier-gas flow-rate was not found at the low flow-rate condition. Also, the combustion-field grew and reaction-temperature rose due to the strengthening of combustion reaction with the increasing flow-rate of carrier-gas and power consumption of ultrasonic oscillator.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.6
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pp.1-10
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2018
An experimental study was performed for the behavior of the burner flame which results from burning of the liquid hydrocarbon fuel atomized by an ultrasonic transducer. Configurations of the flame and combustion-field were caught by both high-speed camera and thermo-graphic camera, and those images were analyzed in detail through a image post-processing. As a result, the combustion-field grew and reaction-temperature rose due to the strengthening of combustion reaction with the increasing flow-rate of carrier-gas. In addition, a phenomenon of flame flickering was discussed through the comparative analysis of the variational behavior between the visible flame and IR (Infrared) flame-field. Also, the flickering frequency of the flame was confirmed through FFT (Fast Fourier Transform) analysis employing the flame area.
Free surface liquid jet impingement, which is applicable to cooling of hot plates in a steel-making process, is investigated numerically by solving the conservation equations of mass, momentum and energy in the liquid and gas phases. The free-surface of liquid-gas interface is tracked by an improved level-set method incorporating a sharp-interface technique for accurate imposition of stress and heat flux conditions on the liquid-gas interface. The level-set approach is combined with a non-equilibrium $k-{\omega}$ turbulence model. The computations are made for slit nozzle jets to investigate their flow and cooling characteristics. Also, the effects of jetting angle, velocity and moving velocity of plate on the interfacial motion and the associated flow and temperature fields are quantified.
Two turbulent jet with different sinusoidal nozzle exit configurations of in-phase and $180^{\circ}$ out-of-phase were investigated experimentally using a smoke-wire method and a hot-wire anemometry. Mean velocity and turbulence intensity were measured at several downstream locations under $Re_D\;=\;5000$. For the case of in-phase nozzle configuration, the length of potential core exhibits negligible difference with respect to the transverse locations (0, $\lambda/4$ and $\lambda/2$), similar to that of a plane jet. On the other hand, a maximum difference of 30% in the potential-core length occurs for the $180^{\circ}$ out-of-phase configuration. The spatial distributions of turbulence intensities also show significant difference for the nozzle of $180^{\circ}$ out-of-phase, whereas non-symmetric distribution is observed in the near-exit region(x/D = 1) for the in-phase sinusoidal nozzle jet. Compared to a slit planc jet, the sinusoidal nozzle jets seem to suppress the velocity deficit as the flow goes downstream. The sinusoidal nozzle jet was found to decrease turbulent intensity dramatically. The flow visualization results show that the flow characteristics of the sinusoidal nozzle jet are quite different from those of the slit plane jet.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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