Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.1
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pp.229-240
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1991
The large camber angle theory of turbomachine blade of compressor has been developed recently for the two-dimensional flow by Hawthorn, et al. However, in the above theory it was assumed that the fluid was incompressible and inviscid, and the blades had no thickness. In this study, the flow in a blade cascade being mounted in parallel fashion with blade of arbitrary thickness is studied in order to determine the effects of the camber angle on the performance characteristic of the blade section under the consideration of compressibility and viscosity of fluid. The panel method is used for potential flow analysis. The flow in the boundary-layer is obtained by solving the integral boundary-layer structure through the laminar, transitional , and turbulent flow using the pressure field determined from the potential flow. And then the viscous-inviscid interaction scheme is used for interaction of these two flows. For the determination of the variation in the outlet fluid angle influenced by deviation in cascade flow, the superposition method which is used for single foil is introduced in this analysis. By the introduction of this method, the effects of the deviation on outlet fluid angle and the resulting fluid angle are made to adjust for oneself through the calculation. As the result of this study, the blade of large camber angle, large incidence angle, large pitch-chord ratio has large viscous and compressible effect than those of small camber angle. Lift force increase as camber angle increases, but above 60.deg. of camber angle, lift force decrease as camber angle increases. But drag force increases linearly with camber angle increases in the entire region.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.1
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pp.21-28
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2000
Although commercial PIV systems have been widely used for the non-intrusive velocity field measurement of fluid flows, they are still under development and have considerable room for improvement. In this study, a single-frame double-exposure PIV system using a high-resolution CCD camera was developed. A pulsed Nd:Yag laser and high-resolution CCD camera were synchronized by a home-made control circuit. In order to resolve the directional ambiguity problem encountered in the single-frame PIV technique, the second particle image was genuinely shifted in the CCD sensor array during the time interval dt. The velocity vector field was determined by calculating the displacement vector at each interrogation window using cross-correlation with 50% overlapping. In order to check the effect of spatial resolution of CCD camera on the accuracy of PIV velocity field measurement, the developed PIV system with three different resolution modes of the CCD camera (512 ${\times}$ 512, lK ${\times}$ IK, 2K ${\times}$ 2K) was applied to a turbulent flow which simulate the Zn plating process of a steel strip. The experimental model consists of a snout and a moving belt. Aluminum flakes about $1{\mu}m$ diameter were used as scattering particles for the liquid flow in the zinc pot and the gas flow above the zinc surface was seeded with atomized olive oil with an average diameter of 1-$3{\mu}m$. Velocity field measurements were carried out at the strip speed $V_s$=1.0 m/s. The 2K ${\times}$ 2K high-resolution PIV technique was significantly superior compared to the smaller pixel resolution PIV system. For the cases of 512 ${\times}$ 512 and 1K ${\times}$ 1K pixel resolution PIV system, it was difficult to get accurate flow structure of viscous flow near the wall and small vortex structure in the region of large velocity gradient.
Flight vehicles such as wheel wells and bomb bays have many cavities. The flow around a cavity is characterized as an unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices brought about by the interaction between the free stream shear layer and the internal flow of the cavity. The resonance phenomena can damage the structures around the cavity and negatively affect the aerodynamic performance and stability of the vehicle. In this study, a numerical analysis was performed for the cavity flows using the unsteady compressible three-dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equation with Wilcox's turbulence model. The Message Passing Interface (MPI) parallelized code was used for the calculations by PC-cluster. The cavity has aspect ratios (L/D) of 2.5 ~ 7.5 with width ratios (W/D) of 2 ~ 4. The Mach and Reynolds numbers are 0.4 ~ 0.6 and $1.6{\times}106$, respectively. The occurrence of oscillation is observed in the "shear layer and transient mode" with a feedback mechanism. Based on the Sound Pressure Level (SPL) analysis of the pressure variation at the cavity trailing edge, the dominant frequencies are analyzed and compared with the results of Rossiter's formula. The dominant frequencies are very similar to the result of Rossiter's formula and other experimental data in the low aspect ratio cavity (L/D = ~ 4.5). In the large aspect ratio cavity, however, there are other low dominant frequencies due to the leading edge shear layer with the dominant frequencies of the feedback mechanism. The characteristics of the acoustic wave propagation are analyzed using the Correlation of Pressure Distribution (CPD).
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.13
no.3
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pp.307-316
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2012
Numerical simulations of 3D aircraft configurations are performed in order to understand the effects of turbulence models on the prediction of aircraft's aerodynamic characteristics. An in-house CFD code that solves 3D RANS equations and two-equation turbulence model equations are used. The code applies Roe's approximated Riemann solver and an AF-ADI scheme. Van Leer's MUSCL extrapolation with van Albada's limiter is also adopted. Various versions of Menter's $k-{\omega}$ SST turbulence models as well as Coakley's $q-{\omega}$ model are incorporated into the CFD code. Menter's $k-{\omega}$ SST models include the standard model, the 2003 model, the model incorporating the vorticity source term, and the model containing controlled decay. Turbulent flows over a wing are simulated in order to validate the turbulence models contained in the CFD code. The results from these simulations are then compared with computational results from the $3^{rd}$ AIAA CFD Drag Prediction Workshop. Numerical simulations of the DLR-F6 wing-body and wing-body-nacelle-pylon configurations are conducted and compared with computational results of the $2^{nd}$ AIAA CFD Drag Prediction Workshop. Aerodynamic characteristics as well as flow features are scrutinized with respect to the turbulence models. The results obtained from each simulation incorporating Menter's $k-{\omega}$ SST turbulence model variations are compared with one another.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.15
no.E
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pp.17-28
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1999
Gas-liquid contact tests above a perforated-plate were conducted with air and water at flooding gas-flow conditions in order to study two-phase flow characteristics in a limestone-gypsum SO2 absorber. Gas layers were in the form of air pockets and confined to the limited areas around each duct pipe, while the remaining tary area were in the wet condition. The liquid above the tray was always in the flooded and even fluidized conditions at gas flows over the range studied, although vigorous bubbly or churn-turbulent two-phase regime was only observed in the immediate vicinity of the gas hole exit at low gas loads. The froth zone was extremely active to provide intimate contact between gas and liquid so that the necessary mass transfer operation can take place, which is the primary purpose of high-performance SO2 absorbers. Howefer, the absorber $\Delta$P was 250mmH2O for the initial water level at 150mm, which is an important issue to be resolved for economical operation of the SO2 absorber. It was seen in the liquid level-and gas flow-transient tests that changes in the absorber liquid inventory were much more pronounced for intimate gas-liquid contact than changes in the gas flow. Based on the 4- and 8-duct pipe test results, grouping the duct pipes near the center of the test tray seemed to promote better recirulation of liquid from gas-liquid contact zone back to the reaction tank so that the absorbed SO2 can be neutralized.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.34
no.3
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pp.360-368
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2010
A SCR catalytic filter system is used for reducing $NO_x$ and soot emissions simultaneously from diesel combustors. The amount of ammonia (as a reducing agent) must be controlled with the amount of $NO_x$ to obtain an optimal $NO_x$ conversion. Hence, gas mixing between ammonia and exhaust gases is vital to ensure that the SCR catalyst is optimally used. If ammonia mass distribution is not uniform, slip potential will occur in rich concentration areas. At lean areas, on the other hand, the catalyst is not fully active. The better mixing is indicated by the higher uniformity of ammonia mass distribution which is necessary to be considered in SCR catalytic filter system. The ammonia mass distributions are depended on the flow field of fluids. In this study, the velocity field of gaseous flow is investigated to characterize the transport of ammonia in SCR catalytic filter system. The influence of different injection placements on the ammonia mass distribution is also discussed. The results show that the ammonia mass distribution is more uniform for the injector directed radially perpendicular to the main flow of inlet at the gravitational direction than that at the side wall for both laminar (Re = 640) and turbulent flows (Re = 4255). It is also found that the mixing index decreases as increasing the heating temperature in the case of ammonia injected at the side wall.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.4
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pp.67-74
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1999
Problems created by supersonic jet impinging on solid objects or ground arise in a variety of situations. For example multi-stage rocket separation, deep-space docking, V/STOL aircraft, jet-engine exhaust, gas-turbine blade, terrestrial rocket launch, and so on. These impinging jet flows generally contain a complex structures. (mixed subsonic and supersonic regions, interacting shocks and expansion waves, regions of turbulent shear layer) This paper describes experimental works on the phenomena (surface pressure distribution, flow visualization) when underexpanded supersonic jets impinge on the perpendicular, inclined plate using a supersonic cold-(low system. The used supersonic nozzle is convergent-divergent type, exit Mach number 2, The maximum on the plate when it was inclined was much larger than perpendicular plate, owing to high pressure recoveries through multiple shocks. Surface pressure distribution as to underexpanded ratio showed similar patterns together.
Computation solutions for the flow around a cube, which were generated as part of the Computational Wind Engineering 2000 Conference Competition, are compared with full-scale measurements. The three solutions shown all use the RANS approach to predict mean flow fields. The major differences appear to be related to the use of the standard $k-{\varepsilon}$, the MMK $k-{\varepsilon}$ and the RNG $k-{\varepsilon}$ turbulence models. The inlet conditions chosen by the three modellers illustrate one of the dilemmas faced in computational wind engineering. While all modeller matched the inlet velocity profile to the full-scale profile, only one of the modellers chose to match the full-scale turbulence data. This approach led to a boundary layer that was not in equilibrium. The approach taken by the other modeller was to specify lower inlet turbulent kinetic energy level, which are more consistent with the turbulence models chosen and lead to a homogeneous boundary layer. For the $0^{\circ}$ case, wind normal to one face of the cube, it is shown that the RNG solution is closest to the full-scale data. This result appears to be associated with the RNG solution showing the correct flow separation and reattachment on the roof. The other solutions show either excessive separation (MMK) or no separation at all (K-E). For the $45^{\circ}$ case the three solutions are fairly similar. None of them correctly predicting the high suctions along the windward edges of the roof. In general the velocity components are more accurately predicted than the pressures. However in all cases the turbulence levels are poorly matched, with all of the solutions failing to match the high turbulence levels measured around the edges of separated flows. Although all of the computational solutions have deficiencies, the variability of results is shown to be similar to that which has been obtained with a similar comparative wind tunnel study. This suggests that the computational solutions are only slightly less reliable than the wind tunnel.
Liquid fossil fuel contaminated by water can cause trouble in the combustion processes and affect the endurance of a combustion system. Using an optical sensor to monitor the water content instantaneously in a fuel pipeline is an effective means of controlling the fuel quality in a combustion system. In two component liquid flows of oil and water, the flow pattern and characteristics of water droplets are changed with various flow conditions. Additionally, the light scattering of the optical sensor measuring the water content is also dependent on the flow patterns and droplet characteristics. Therefore, it is important to investigate the detailed behavior of water droplets in the pipeline of the fuel transportation system. In this study, the flow patterns and characteristics of water droplets in the turbulent pipe flow of two component liquids of gasoline and water were investigated using optical measurements. The dispersion of water droplets in the gasoline flow was visualized, and the size and velocity distributions of water droplets were simultaneously measured by the phase Doppler technique. The Reynolds number of the gasoline pipe flow varied in the range of $4{\times}10^{4}\;to\;1{\times}10^{3}$, and the water content varied in the range of 50 ppm to 300 ppm. The water droplets were spherical and dispersed homogeneously in all variables of this experiment. The velocity of water droplets was not dependent on the droplet size and the mean velocity of droplets was equal to that of the gasoline flow. The mean diameter of water droplets decreased and the number density increased with the Reynolds number of the gasoline flow.
Recent evolution of computer technology enhances the effectiveness of CFD(Computational Fluid Dynamics) analysis for the 3-dimensional complex transport phenomena including turbulent flows. Cheaper and easier than laser and ultra-sonic methods, the windows simulator name by CAMSI(Computer-Aided Management of Stereo Images) has been developed in order to implement the 3-dimensional image using a disparity histogram extracted from left and right stereo images. In our program using the area-based method, the matching pixel finding methods consist of SSD(Sum of Squared Distance), SAD(Sum of Absolute Distance), NCC(Normalized Correlation Coefficient) and MPC(Matching Pixel Count). On performing the program, stereo images on different window sizes for various matching pixel finding methods are compared reasonably. When the image has a small noise, SSD on small window size is more effective. Whereas there is much noise, NCC or MPC is more effective than SSD. CAMSI from the present study will be much helpful to implement the complex objects and to analyze 3-dimensional CFD around them.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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