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.
The present study addresses the flow characteristics involved in the self-induced oscillations of the underexpanded jet impinging upon a cylindrical body. Both experiment and computational analysis are carried out to elucidate the shock motions of the self-induced oscillations and to find the associated major flow factors. The underexpanded sonic jet is made from a nozzle and a cylindrical body is placed downstream to simulate the impinging jet upon an obstacle. The computational analysis using TVD scheme is applied to solve the axisymmetric, unsteady, inviscid governing equations. A Schlieren system is employed to visualize the self-induced oscillations generated in flow field. The data of the shock motions are obtained from a high-speed video system. The detailed characteristics of the Mach disk oscillations and the resulting pressure variations are expatiated using the time dependent data of the Mach disk positions. The mechanisms of the self-induced oscillations are discussed in details based upon the experimental and computational results.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.3
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pp.53-61
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1999
Impinging jets are observed when exhaust gases from missiles or V/STOL aircrafts impinge on the ground, flame deflector, ship deck, etc. The flow shows different patterns according to the nozzle geometry, nozzle-to-plate distance, and plate angle, for example. This paper describes experimental works on the phenomena (pressure distribution, occurrence of stagnation bubble, and so on.) when underexpanded supersonic jets impinge on a perpendicular flat plate using a supersonic cold-flow system, and compares the results with those obtained using a shock tunnel. The flow characteristics for the supersonic cold-flow system were also investigated. Surface pressure distribution of supersonic cold-flow system differed from that of shock tunnel because of water and temperature in the low-pressure chamber. Surface pressure distribution as to underexpanded ratio showed similar patterns together.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.8
s.227
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pp.887-894
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2004
A technique of mixing enhancement by using an elliptic jet screech reflector has been examined experimentally in an underexpanded sonic round jet where jet screech tone is generated. Since jet screech is known to enhance jet spreading, a reflector was designed to focus jet screech waves near the nozzle lip at an underexpanded jet. The reflector has an elliptic cross section of which one focus is located near the nozzle lip and the other in the jet screech source region in a plane including the jet axis. In the jet with the elliptic reflector, the mass flow rate showed a significant increase in the jet entrainment when compared to that for the small disk reflector. This was attributed to the increased screech amplitude near the nozzle lip as well as the mode change of the jet. The jet mixing was also increased by the amplified jet screech at two other underexpanded jets, but the jet oscillation mode did not change.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.4
no.3
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pp.11-18
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2000
When supersonic underexpanded jets are exhausted from the nozzle, complex shock cell configurations such as barrel shock, expansion fan, Mach disc, and exhaust-gas jet boundary are appeared repetitively. The shock cell is smeared by turbulence dissipation and disappeared in long distance from the nozzle. When underexpanded jet is suddenly impinged on a flat plate, it forms very complex flow structure. In this paper, we solve compressible Wavier-Stokes equation adapting finite volume method to obtain jet impingement flow structure and compare calculated data with experimental ones. It is shown that numerical simulation data are in good agreement with experimental one in a short distance between nozzle exit and flat plate and little influence of underexpanded ratio is appeared in jet impingement now distribution.
In recent years, significant progress has been made in modeling turbulence behavior in plasma and its effect on transport. It has also been made in diagnostics for turbulence measurement; however, there is still a large gap between theoretical model and experimental measurements. Visualization of turbulence can improve the connection to theory and validation of the theoretical model. One method to visualize the flow structures in plasma is a laser Schlieren imaging technique. We have recently applied this technique and investigated the characteristics of a highly underexpanded pulsed plasma jet originating from an electrothermal capillary source. Measurements include temporally resolved laser Schlieren imaging of a precursor blast wave. Analysis on the trajectory of the precursor blast wave shows that it does not follow the scaling expected for a strong shock resulting from the instantaneous deposition of energy at a point. However, the shock velocity does scale as the square root of the deposited energy, in accordance with the point deposition approximation.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.1
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pp.61-70
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2019
A primary investigation on the underexpanded flow generated in a 0.4 MW class high enthalpy supersonic arc-heated plasma wind tunnel is conducted experimentally. The diameter and the position of the Mach disk from the nozzle exit is measured for overall pressure ratios ranging from 200 to 30. The empirical correlations for Mach disk diameter and position are determined which show very good agreement with experimental results.
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.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.408-413
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2004
Numerical and experimental investigation were car-ried out to clarify the flow structure of underexpanded jet from a square nozzle. The square nozzle rep-resents one of the clustered combustors of a linear aerospike engine. From the numerical results, the three-dimensional shock wave of the underexpanded square jet was found to be composed of two shocks. One is the intercepting shock which corresponds to the shock observed in two-dimensional planar jet. The other is the recompression shock divided into two types. The expansion fans coming from the nozzle edges interact with each other at the comers of the nozzle exit, and overexpanded regions are generated. Therefore one of the two recompression shocks is formed at the comers of the nozzle exit behind the overexpanded regions. As the jet goes downstream, the overexpanded regions grow larger to coalesce at the symmetry planes. Then, the other type of the recompression shock is generated. The three-dimensional shock structure formed by the intercepting shock and the recompression shocks dominates the expansion of the jet boundary. The shock detection algorithm us-ing CFD results was developed to reveal the relation between the shock waves and the jet boundary, and it was found that the cross-sectional jet shape becomes cross-shape. The key features observed in the numerical investigation were verified by the experimental results. The shock structure at the diagonal plane was in good agreement with the experimental schlieren images. Moreover, the cross-sections visualized by the Mie scattering method confirmed that the cross-section of the jet becomes cross-shape.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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