The mear field structure of round turbulent jets with initially asymmetric velocity distributions is investigated experimentally. Experiments are carried out using a constant temperature hot-wire anemometry system to measure streamwise velocity in the jets. The measurements are undertaken across the jet at various streamwise stations in a range starting from the jet exit plane and up to a downstream location of twelve diameters. The experimental results include the distributions of mean and instantaneous velocities, vorticity field, turbulence intensity, and the Reynolds shear stresses. The asymmetry of the jet exit plane was obtained by using circular cross-section pipes with a bend upstream of the exit. There pipes used here include a straight pipe, and 90 and 160 degree-bend pipes. Therefore, at the upstream of the upstream of the pipe exit, secondary flow through the bend mean streamwise velocity distribution could be controlled by changing the curvature of pipes. The jets into the atmosphere have two levels of initial velocity skewness in addition to an axisymmetric jet from a straight pipe. In case of the curved pipe, a six diameter-long straight pipe section follows the bend upstream of the exit. The Reynolds number based on the exit bulk velocity is 13,400. The results indicate that the near field structure is considerably modified by the skewness of an initial mean velocity distribution. As the skewness increases, the decay rate of mean velocity at the centerline also increases.
A scanning stereo-PIV system was developed to measure the three-dimensional distribution of three-component velocity in a turbulent round jet. A laser light beam produced by a high repetition rate YLF pulse laser was expanded vertically by a cylindrical lens to form a laser light sheet. The light sheet is scanned in a direction normal to the sheet by a flat mirror mounted on an optical scanner, which is controlled by a programmable scanner controller. Two high-speed mega-pixel resolution C-MOS cameras captured the particle images illuminated by the light sheet, and stereoscopic PIV method was adopted to acquire the 3D-3C-velocity distribution of turbulent round jet in an octagonal tank filled with water. The jet Reynolds number was set at Re=1000 and the streamwise location of the measurement was fixed at approximately x = 40D. Time evolution of three-dimensional vortical structure, which is identified by vorticity, is visualized. It revealed that the existence of a group of hairpin-like vortex structures was quite evident around the rim of the shear layer of the jet. Turbulence statistics shows good agreement with the previous data, and divergence of a filtered (unfiltered) velocity vector field was $7\%\;(22\%)$ of root-me an-squared vorticity value.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.9
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pp.1290-1306
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1998
An experimental study has been performed on a three-dimensional boundary layer over a rotating disk with an impinging jet at the center of the disk. The objective of the present study is to investigate the turbulence statistics of the three-dimensional turbulent boundary layer, which may be regarded as one of the simplest models for the flow in turbomachinery. Six components of the Reynolds stresses and ten triple products are measured by aligning the miniature X-wire probe to the mean velocity direction. The ratio of the wall-parallel shear stress magnitude to twice the turbulent kinetic energy in the near-wall region is strongly decreased by the impinging jet. In the case of the free rotating disk flow the shear stress vector lags behind the mean velocity gradient vector in the whole boundary layer, while the lag is weakened as the impinging jet speed increases.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.320-329
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2008
The influence of thermodynamic transition associated with transcritical nitrogen injection upon the flow structure was investigated to explore numerical simulation of the injectant dynamics of oxygen/hydrogen coaxial jet in liquid rocket engines. Single and coaxial nitrogen jets were treated by comparing the transcritical and perfect-gaseous conditions, wherein the numerical model was accommodative to the real-fluid thermodynamics and transport properties at supercritical pressures. The model was in the first place validated by comparing the results of transcritical nitrogen injection between calculations and available experiments. For a single jet under the transcritical condition, the nitrogen kept a relatively high density up to its pseudo-critical temperature inside the mixing layer, since it remains less expanding until heated up to its pseudo-critical temperature. Numerical analysis revealed that cryogenic jets exhibit strong dependence of specific enthalpy profile upon the associated density profile that are both dominated by turbulent thermal diffusion. In the numerical model, therefore, exact evaluation of turbulent heat fluxes becomes very important for simulating turbulent cryogenic jets under supercritical pressures. Concerning the coaxial jets due to transcritical/gaseous nitrogen injections, the density profile inside the mixing layer was again affected by the thermodynamic transition of nitrogen. However, hydrodynamic instability modes of the inner jet did not show significant differences by this thermodynamic transition, so that further study is needed for the mixing process downstream of the near injection position.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.11a
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pp.393-396
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2008
The study of nitrogen dilution effect on flame stability was experimentally investigated in non-premixed turbulent lifted hydrogen jet with coaxial air. hydrogen gas was used as a fuel and coaxial air was injected to make flame liftoff. And both of the fuel jet and coaxial air velocity were fixed as $u_F$=200 m/s and $u_A$=16 m/s, while nitrogen diluents mole fraction was varied from 0 to 0.2. For the analysis of flame structure and flame stabilization mechanism, the simultaneous measurement of PIV/OH PLIF had been performed. It was found that the turbulent flame propagation velocity increased as decreasing of nitrogen mole fraction. We concluded that the turbulent flame propagation velocity was expressed as a function of turbulent intensity, even though the mole fraction of nitrogen diluents gas was changed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.2
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pp.213-223
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1997
Premixed flame is better than diffusion flame to accomplish a high loading combustion. Since the turbulent characteristics of unburned mixture has a great influence on the flame structure, it is general that many researchers realize a high loading combustion with strengthening turbulent intensity of unburned mixture. Because turbulent premixed flame reacts efficiently on the condition of distributed reaction region, we made high turbulent premixed flame in the doubled impingement field. We investigated turbulent characteristics of unburned mixture with increasing shear force and visualized flames with direct and Schlieren photographs. And the combustion characteristics of flame was elucidated by instantaneous temperature measurement with a thermocouple, by ion currents with a micro electrostatic probe, by radical luminescence intensity and local equivalence ratio. Extremely strong turbulent of small scale is generated by impingement of mixture, and turbulent intensity of unburned mixture increased with the mean velocity. As a result of direct photographs, visible region of flame became longer due to increasing central direction flux. But as strengthed turbulent intensity, visible region of flame turned to shorter and reaction occurred efficiently. As strengthened turbulent intensity of mixture with increasing flux of central direction, maximum fluctuating temperature region moved to radial direction and fluctuation of temperature became lower. The reason is influx of central direction which caused flame zone to move toward radial direction, to maintain flame zone stable and to make flame scale smaller.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.1
no.2
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pp.32-40
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1997
The velocity and turbulent intensity of the jet core are affected by the vortices around jet. By the control of vortex acoustically, we can expect the changes of the flow and heat transfer characteristics of free and impinging jets. On this paper, we studied the effects of vortex forcing. If vortex pairings are promoted by acoustic excitation, the turbulent intensity is increased and the high heat transfer coefficients are obtained at the small nozzle to plate distance. On the other hand, it has low turbulent intensity at the center of jet. However due to increase of potential core length, it is more effective at the large nozzle to plate distance. Therefore the excited frequency, especially its subharmonic frequency, has an important role to control the jet flows.
EINOx scaling for $H_2/CO$ non-premixed turbulent jet flame was conducted. NOx concentration and flame length were measured simultaneously with varying flow conditions. Flame length increases with Reynolds number which means the flames in buoyancy-momentum transition region. We assessed the previous Chen & Driscoll's scaling with present results. However, the scaling cannot satisfy the present results. We proposed new scaling which is addressed the simplified flame residence time. The new scaling satisfies the results of $H_2/CO$ syngas flame as well as pure hydrogen flames.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.10
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pp.3272-3281
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1996
The flow analysis method which had been developed for the numerical calculation of 3-dimensional, incompressible and turbulent flow within an axial compressor was extended to the flow field within centrifugal impeller. In this method based on the SIMPLE(Semi Implicit Method Pressure Linked Equations) algorithm, the coordinate transformation was adopted and the standard k-.epsilon. model using wall function was used for turbulent flow analysis. The calculated flow fields have agreed very well with measurement results. Especially, 3-dimensional and viscous flow characteristics including secondary flows, jet-wake flow and decreased pressure rise along impeller passage, which can't be predicted by inviscid Q3D calculation were predicted very reasonably.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.5
no.4
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pp.257-265
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1981
A modified subsonic wind tunnel was employed to investigate the turbulent flow of a valve jet. To effectuate this experimental study, an actual valve and valve seat of a diesel engine were equipped at its outlet (ref. Fig. 3) Theoretically, using the equation of motion of Navier-Stokes in the chlindrical coordinates, the turbulent equation of motion for the incompressible fluid was derived with three assumptions; steady flow (.delta./.delta.t=0), axisymmetry and revolutionary homogeneity(.delta./.delta..phi.=0), no ensemble revolution (V.iden.0). Experimentally, mean and fluctuation velocities have been measured in the redial direction. With a assumption of a non-dimensional velocity distribution equation, a sami-emperical similarity profile equation of the jet flow have been derived, whose empirical constants were deterimed graphically with the data obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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