Thermal mixing by steam jets in a pool is dominantly influenced by a turbulent water jet generated by the condensing steam jets, and the proper prediction of this turbulent jet behavior is critical for the pool mixing analysis. A turbulent jet flow induced by a steam jet discharged through a vertical upward single hole into a subcooled water pool was subjected to computational fluid dynamics (CFD) analysis. Based on the small-scale test data derived under a horizontal steam discharging condition, this analysis was performed to validate a CFD method of analysis previously developed for condensing jet-induced pool mixing phenomena. In previous validation work, the CFD results and the test data for a limited range of radial and axial directions were compared in terms of profiles of the turbulent jet velocity and temperature. Furthermore, the behavior of the turbulent jet induced by the steam jet through a horizontal single hole in a subcooled water pool failed to show the exact axisymmetric flow pattern with regards to an overall pool mixing, whereas the CFD analysis was done with an axisymmetric grid model. Therefore, another new small-scale test was conducted under a vertical upward steam discharging condition. The purpose of this test was to generate the velocity and temperature profiles of the turbulent jet by expanding the measurement ranges from the jet center to a location at about 5% of $U_m$ and 10 cm to 30 cm from the exit of the discharge nozzle. The results of the new CFD analysis show that the recommended CFD model of the high turbulent intensity of 40% for the turbulent jet and the fine mesh grid model can accurately predict the test results within an error rate of about 10%. In this work, the turbulent jet model, which is used to simply predict the temperature and velocity profiles along the axial and radial directions by means of the empirical correlations and Tollmien's theory was improved on the basis of the new test data. The results validate the CFD model of analysis. Furthermore, the turbulent jet model developed in this study can be used to analyze pool thermal mixing when an ellipsoidal steam jet is discharged under a high steam mass flux in a subcooled water pool.
A turbulent wake generated by a cylinder in nozzle contraction affects to the jet flow characteristics. In this study, a computational work to investigate the effect of the turbulent wake on two-dimensional subsonic jet was carried out with three different kinds of nozzle. Computations are applied to the two-dimensional unsteady, Navier-Stokes equations. Several kinds of turbulent models and wall functions are employed to validate the computational predictions. It was known that the wake flow enhanced the spread of the jet flow, compared with no wake flow condition. It was also found that the jet core is shortened by the wake flow developed from a control cylinder.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제22권4호
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pp.429-435
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1998
Experiments were conducted to investigate the turbulent flow characteristics from on oblique impingement surface to an plane jet at the jet Reynolds number(Re based on the nozzle width) $3{\times}10^4$ The jet mean velocity and turbulent intensity profiles have been measured along the impingement surface by hot-wire anemometer. The nozzle-to-plate distance(H/B) ranged from 2 to 10 and the oblique angle (a) from 45 to 90 degree. Also the secondary peak of the turbulent intensity was observed at H/B=4 S/B 5 and a=90 degree. It has been found that the stagnation point shifted toward the minor flow region as the oblique angle decreased and the position of the stagnation point nearly coincided with that of the maximum turbulent intensity.
The turbulent structures of the free plane jet and two dimensional impinging jet are investigated experimentally. In order to get the two dimensional jet, the contour of the cubic equation suggested by Morel is used for a contracting nozzle. A linearized constant-temperature hot-wire anemometer is used for measurement. Mean velocities and turbulent intensities are measured along the centerline of the jet. Jet halp width spatial double velocity correlation coefficients and integral length scales are obtained. It is established that the free plane jet is truly self-preserving about 40 slot widths downstream of the nozzle. The experiments for the impinging jet are carried out at four different impingement wall locations within the self-preserving region of the free plane jet, and comparing the results with that of free plane jet, the mean velocity is changed in the region of 0.25H and turbulent intensities are affected in the region of 0.2H from the wall, respectively, where H means the distance between the nozzle exit and the wall.
To reveal the newly found liftoff height behavior of hydrogen jet, we have experimentally studied the stabilization mechanism of turbulent, lifted jet flames in a non-premixed condition. The objectives of the present research are to report the phenomenon of a liftoff height decreasing as increasing fuel velocity, to analyse the flame structure and behavior of the lifted jet, and to explain the mechanisms of flame stability in hydrogen turbulent non-premixed jet flames. The velocity of hydrogen was varied from 100 to 300m/s and a coaxial air velocity was fixed at 16m/s with a coflow air less than 0.1m/s. For the simultaneous measurement of velocity field and reaction zone. PIV and OH PLIF technique was used with two Nd:Yag lasers and CCD cameras. As results, it has been found that the stabilization of lifted hydrogen diffusion flames is related with a turbulent intensity, which means that combustion occurs where the local flow velocity is valanced with the turbulent flame propagation velocity.
Characteristics of turbulent lifted flames in coflow jet have been investigated by varying initial temperature through the heating of coflow air. In the turbulent regime, liftoff height increases linearly with fuel jet velocity and decreases nonlinearly as the coflow temperature increases. This can be attributed to the increase of turbulent propagation speed, which is strongly related to laminar burning velocity. Dimensionless liftoff heights are correlated well with dimensionless jet velocity, which are scaled with parameters determining local flow velocity and turbulent propagation speed. This implies that the turbulent lifted flames are stabilized by balance mechanism between local turbulent burning velocity and flow velocity. Blowout velocity can be obtained from the ratio of mixing time to chemical time. Comparing to previous researches, thermal diffusivity should be evaluated from the initial temperature instead of adiabatic flame temperature.
Characteristics of turbulent lifted flames in coflow jet have been investigated by varying initial temperature through the heating coflow air. In the turbulent regime, liftoff height increases linearly with fuel jet velocity and decreases nonlinearly as the coflow temperature increases. This can be attributed to the increase of turbulent propagation speed, which is strongly related to laminar burning velocity. Dimensionless liftoff heights are correlated well with dimensionless jet velocity, which are scaled with parameters determining local flow velocity and turbulent propagation speed. This implies that the turbulent lifted flames are stabilized by balance mechanism between local turbulent burning velocity and flow velocity. Blowout velocity can be obtained from the ratio of mixing time to chemical time. Comparing to previous researches, thermal diffusivity should be evaluated from the initial temperature instead of adiabatic flame temperature.
Choosing the most suitable mathematical model and relating this to turbulent tangential tensions model are very important in the investigations of turbulent two-phase flow. This paper considers two-fluid scheme. According to it, two phases have their own densities, velocities, and temperatures at any spatial point and at any moment. The equations of motion and heat transfer for each phase are linked with the forces of interaction between two phases. These forces are considered as predominant for the flow. As a closure in the system of motion equations, one modification of $K - {\epsilon}$ turbulent model is worked out. The modification uses two equations for turbulent kinetic energy of the phases and one - for the turbulent energy loss of main phase. This model can be set as a $K_g - K_p -{\epsilon}$ model. The modified model has been tested for both a two-phase non-isothermal flat jet and axially symmetrical jet. The numerical results are compared with the reference data revealing a good agreement between them.
Three dimensional velocity measurements of a 35.deg. inclined jet issuing into turbulent boundary layer on both concave and convex surfaces have been conducted. To investigate solely the effect of each curvature on the flow field, streamwise pressure variations are minimized by adjusting the shape of the opposite wall in the curved region. From the measured velocity components, streamwise mean vorticities are calculated to determine jet-crossflow interface. The results on convex surface show that the injected jet is separated from the wall and the bound vortex maintains its structure far downstream. On concave surface, the secondary flow in the jet cross-sections are enhanced and in some downstream region from the jet exit, the flow on the concave surface has been developed to Taylor-Gortler vortices
Flow visualization study has been conducted to simulate the turbulent dispersion behavior of a crossflow jet physically under the conditions of various thermal stratification in a wind tunnel. A smoke jet with the constant ratio of the jet to freestream velocity is injected normally to the cross flow of the thermally stratified wind tunnel(TSWT) for flow visualization. The typical natures of the smoke dispersion under different thermal stratifications such as neutral, weakly stable, strongly stable, weakly unstable, strongly unstable and inversion layer are successfully reproduced in the TSWT. The Instantaneous velocity and temperature fluctuations are measured by using a cold and hot-wire combination probe. The time averaged dispersion behaviors, the centerline trajectories, the spreading angles and the virtual origins of the cross jet are deduced from the edge detected images with respect to the stability parameter. All the general characteristics of the turbulent dispersion behavior reveal that the definitely different dispersion mechanisms are inherent in both stable and unstable conditions. It is conjectured that the turbulent statistics obtained in the various stability conditions quantitatively demonstrate the vertical scalar flux plays a key role in the turbulent dispersion behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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