• 제목/요약/키워드: Supersonic Underexpanded Jet

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Supersonic Jet Noise Control via Trailing Edge Modifications

  • Kim, Jin-Hwa;Lee, Seungbae
    • Journal of Mechanical Science and Technology
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    • 제15권8호
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    • pp.1174-1180
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    • 2001
  • Various experimental data, including mixing areas, cross correlation factors, surface flow patterns on nozzle walls, and far field noise spectra, was used to draw a noise control mechanism in a supersonic jet. In the underexpanded case, mixing of the jet air with ambient air was significantly enhanced as presented before, and mixing noise was also dramatically reduced. Screech tones, in the overexpanded case, were effectively suppressed by trailing edge modifications, although mixing enhancement was not noticeable. From mixing and noise performance of nozzles with modified trailing edges, enhancing mixing through streamwise vortices seems an effective way to reduce mixing noise in the underexpanded flow regime. However, screech tones in the overespanded flow regime is well controlled or suppressed by making shock cells and/or spanwise large scale structures irregular and/or less organized by a proper selection of trailing edges. The noise field in the overexpanded flow regime was greatly affected by the symmetricity of the nozzle exit geometry. In the underexpanded flow regime, the effects of the symmetricity of the nozzle exit on mixing were negligible.

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An Experimental Study of Underexpanded Moist Air Jet Impinging on a Flat Plate

  • Lee, D.W.;S.C. Baek;S.B. Kwon;Kim, H.D.
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2004년도 제22회 춘계학술대회논문집
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    • pp.768-773
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    • 2004
  • When a gas expands through a convergent nozzle in which the ratio of the ambient to the stagnation pressures is higher than that of the critical one, the issuing jet from the nozzle is underexpanded. If a flat plate is placed normal to the jet at a certain distance from the nozzle, a detached shock wave is formed at a region between the nozzle exit and the plate. In general, supersonic moist air jet technologies with nonequilibrium condensation are very often applied to industrial manufacturing processes. In spite of the importance in major characteristics of the supersonic moist air jets impinging to a solid body, its qualitative characteristics can not even know. In the present study, the effect of the nonequilibrium condensation on the underexpanded moist air jet impinging on a vertical flat plate is investigated experimentally. Flow visualization and impact pressure measurement are performed for various relative humidities and flat plate positions. The obtained results show the plate shock and Mach disk are dependent on the nozzle pressure ratio and the relative humidity, but for a given nozzle pressure ratio, the diameters of the plate shock and Mach disk depend on the stagnation relative humidity. The impact pressure deviation from the flow of without condensation is large, as the relative stagnation humidity increases.

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경사 평판에 충돌하는 초음속 과소팽창 제트에 관한 실험적 연구 (An Experimental Study of Supersonic Underexpanded Jet Impinging on an Inclined Plate)

  • 이택상;신완순;이정민;박종호;윤현걸;김윤곤
    • 한국추진공학회지
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    • 제3권4호
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    • pp.67-74
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    • 1999
  • 고체 물체 표면이나 지표면에 초음속 제트가 충돌할 때 발생되는 문제들은 다단 로켓의 분리, 우주공간에서의 도킹, 수직 이/착륙기, 제트 엔진의 배기가스, 가스터빈 블레이드, 지상 로켓 발사 등의 다양한 상황에서 일어나며 이러한 충돌제트의 유동은 아음속과 초음속 혼합영역, 충격파가 교차하는 영역, 팽창파, 난류 전단층 등의 매우 복잡한 구조를 이루고 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 출구마하수 2, 축소-확대형 초음속 노즐을 통해 과소 팽창된 제트가 수직, 경사평판에 부딪힐 때 형성되는 표면압력분포 및 유동가시화 등을 초음속 유동시험장치를 이용하여 연구하였다. 평판에서의 최대압력은 수직일 경우보다 경사졌을 때 훨씬 더 컸으며, 이는 여러 충격파를 통한 압력 회복 때문이다. 또한, 평판이 자유제트의 첫 번째 충격파 셀 내에 위치할 때 과소 팽창비에 따른 표면압력분포는 서로 유사한 경향을 보여주었다.

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수직평판에 충돌하는 축대칭 초음속 제트의 수치 연구 (Numerical Simulation of Axisymmetric Supersonic let Impingement on a Flat Plate)

  • 신완순;이택상;박종호;김윤곤;심우건
    • 한국추진공학회지
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    • 제4권3호
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    • pp.11-18
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    • 2000
  • 초음속 노즐 뒤에서 형성되는 과소팽창 제트(Underexpanded jet)가 분사될 때 베럴 충격파(Barrel shock), 팽창과(Expansion fan), 마하 디스크(Mach disc), 제트 경계면(Exhaust-gas jet boundary), 그리고 반사 충격파(Reflected shocks)와 같은 구조의 풍격파 셀(Shock cell)이 연속적으로 나타난다. 이러한 충격파 셀은 난류 소산에 의해 희미해지며 거리가 멀어지면 사라진다. 과소팽창 제트가 수직 평판에 충돌하게 되면 챔버 압력 및 출구 마하수 등 여러 인자들에 따라 달라지는 복잡한 유동장을 형성하게 된다. 본 논문에서는 평판에 충돌하는 과소팽창 제트가 형성하는 유동장을 압축성 Navier-Stokes 방정식에 유한체적법을 적용하여 수치적으로 구한 해존 실험 데이터와 비교 검증하였다. 실험 데이터와 계산 결과의 압력구배 및 유동가시화 사진 비교 견과 노즐과 평판이 가까운 경우에 충돌제트유동을 잘 예측할 수 있었으며, 과소팽창비가 작을 때 과소팽창비에 따른 충돌제트 유동분포의 영향은 자게 나타남을 알 수 있었다.

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초음속 습공기 제트에서 발생하는 마하디스크의 거동 (Behaviors of Mach Disk in Underexpanded Supersonic Moist Jet)

  • 백승철;김희동;권순범
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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    • pp.87-90
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    • 2003
  • 압축성 유동장의 주된 특징은 유동장의 형성과정에 의존한다는 것은 잘 알려져 있다. 본 연구의 목적은 비평형 응축을 수반하는 초음속 제트유동장의 발달에 미치는 제트의 시간이력을 조사하는 것이다. 특히 초음속 습공기 제트에서 마하디스크 직경과 위치의 거동이 노즐압력비와 초기 상대습도의 항으로 소개된다. 대기흡입식 풍동설비에 장착된 노즐의 출구에서 부족팽창된 습공기 제트를 얻기 위해 노즐의 압력비와 초기상대습도를 변화시켰다. 마하디스크의 직경은 동일한 압력비에서 상대습도가 증가함에 따라 증가하지만, 그 위치는 상류로 이동하는 것으로 나타났다. 또한 노즐의 작동압력비가 증가하는 경우의 마하디스크 직경과 발생위치가 감소하는 경우보다 더 크다.

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Direct Solving the Boltzmann Equation for Supersonic Jet Problems with Instabilities

  • Aristov V.V.;Zabelok S.A.
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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    • pp.268-269
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    • 2003
  • The Boltzmann kinetic equation is solved directly by means of the conservative splitting method. Underexpanded supersonic free jet flows with small Knudsen numbers are studied. In this numerical simulation features intrinsic to appropriate experiments are observed. Streamwise vortices in a mixing layer and chaotic downstream temporal-spatial fluctuations of microscopic quantities with large amplitude are obtained.

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초음속 동축 제트의 구조에 미치는 외부노즐 분사각의 영향 (Effect of Outer Nozzle Ejection Angle on Jet Structure issuing from Supersonic Dual Coaxial Nozzle)

  • 백승철;권수영;주성열;권순범
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2001년도 추계학술대회논문집B
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    • pp.426-431
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    • 2001
  • This paper experimentally investigates the characteristics of dual coaxial jet issuing from inner supersonic nozzle and four kinds of outer converging nozzle of 40, 50, $60^{\circ}$ and $70^{\circ}$ in outer ejection angle. The pressure ratio of the stagnation to the exit ambient pressures in the inner supersonic nozzle of constant expansion rate is 7.5, which is corresponded to the condition of a slightly underexpanded, and that of outer nozzle is 4.0. Flow visualizations by using of shadowgraph method, impact pressure and centerline static pressure measurements are presented. It is found that the jet structure is changed significantly by the variation of outer nozzle ejection angle. Impact pressure level is lower and undulation of static pressure is higher, as the injection angle of outer jet increases.

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평판 위에 충돌하는 초음속 과소팽창 제트에 관한 실험적 연구 (An Experimental Study of Supersonic Underexpanded Jet Impinging on a Perpendicular Flat Plate)

  • 이택상;신완순;이정민;박종호;김윤곤
    • 한국추진공학회지
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    • 제3권3호
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    • pp.53-61
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    • 1999
  • 충돌제트는 미사일 또는 수직/단거리 이착륙기의 배기가스가 지면이나 화염 편향기 등에 부딪힐 때 발생하며 노즐의 형상, 노즐과 평판과의 거리등에 따라 유동양상이 달라진다. 본 연구에서는 초음속 노즐을 통해 과소 팽창된 제트가 평판에 부딪힐 때 형성되는 평판 압력분포 및 버블 발생 등에 대한 시험결과를 선행된 충격파 풍동을 이용한 시험 결과와 비교하고 초음속 유동시험장치 이용시의 유동 특성을 규명하였다. 초음속 유동시험장치와 충격파 풍동의 평판에서 압력분포는 저압 챔버 내의 수분과 온도 때문에 차이가 나타났고 과소 팽창비에 따른 압력분포는 서로 유사한 경향을 보여주었다.

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벽면에 충돌하는 펄스 플라즈마 제트 유동특성에 대한 수치적 연구 (A NUMERICAL STUDY ON JET IMPINGEMENT OF PULSED PLASMA DISCHARGE ON A FLAT PLATE)

  • 김경진;곽호상;박중윤
    • 한국전산유체공학회지
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    • 제14권1호
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    • pp.70-77
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    • 2009
  • In this study, time-dependent numerical analysis was carried out to investigate the plasma jet impingement on a flat plate, and a compressible form of two-dimensional inviscid gas dynamics equations were solved using the flux corrected transport algorithm. The mathematical modeling of Joule heating in the polycarbonate capillary bore and the mass ablation from the bore wall was incorporated in the numerical analysis and the series of computation was performed for three cases depending on the distance of the opposing plate from the capillary exit. The computational results reveal that the presence of the opposing plate does not affect the flow conditions inside the capillary when compared to the case of open-air plasma discharge. In the exterior region, the flow structure shows the typical supersonic underexpanded jet which consists of the strong Mach disk in front of the opposing plate and the barrel shock at the side of the jet. It is found that the shock evolution becomes more quasi-steady when the plate distance decreases. Also, the effects of the distance between the capillary bore exit and the opposing plate on the flow conditions along the opposing plate are investigated and the pressure variation on the plate shows more complicated interaction between the plasma discharge and the opposing plate when the location of plate becomes closer to the capillary exit.

An Experimental Study of Supersonic Dual Coaxial Free Jet

  • Baek, Seung-Cheol;Kwon, Soon-Bum;Lee, Byeong-Eun
    • Journal of Mechanical Science and Technology
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    • 제17권12호
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    • pp.2107-2115
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    • 2003
  • A supersonic dual coaxial jet has been employed popularly for various industrial purposes, such as gasdynamic laser, supersonic ejector, noise control and enhancement of mixing. Detailed characteristics of supersonic dual coaxial jets issuing from an inner supersonic nozzle and outer sonic nozzles with various ejection angles are experimentally investigated. Three important parameters, such as pressure ratios of the inner and outer nozzles, and outer nozzle ejection angle, are chosen for a better understanding of jet structures in the present study. The results obtained from the present experimental study show that the Mach disk diameter becomes smaller, and the Mach disk moves toward the nozzle exit, and the length of the first shock cell decreases with the pressure ratio of the outer nozzle. It was also found that the highly underexpanded outer jet produces a new oblique shock wave, which makes jet structure much more complicated. On the other hand the outer jet ejection angle affects the structure of the inner jet structure less than the pressure ratio of the outer nozzle, relatively.