Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.16
no.1
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pp.9-15
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2012
An unsteady internal ballistic performance model was proposed to take account for the variance of local regression rate along the grain port of a hybrid rocket combustor. The characteristic parameters of hybrid rocket motor was investigated. The performance model of concern in the study was fairly comparable with the test result. The combustion coefficients and local burning characteristics of a hybrid rocket motor were evaluated. The local variation of the oxidizer mass flow rate results in the changes of local regression rate, pressure, temperature, and gas velocity to flow direction, which was analyzed quantitatively.
Kim, Jae-Min;Kim, Kui-Soon;Choi, Jeong-Yeol;Jung, Yong-Wun;Hwang, In-Hee
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.12
no.6
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pp.48-55
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2008
We have simulated the performance of a simple engine model with a gas turbine engine simulation program based on CFD. 2-dimensional Navier-Stokes code for the viscous flow was applied to simulate a compressor and a turbine, and the chemical equilibrium code with the lumped method was applied to simulate the combustor. Unsteady-flow phenomenon between rotor and stator of the compressor and the turbine was analyzed by steady mixing-plane method. In this way, the influence of the turbine blade pitch on the engine was investigated. It was shown that the compressor is operated at more higher pressure conditions as narrower the pitch distance of the turbine.
The present study has numerically analyzed the vaporization characteristics of fuel droplets in the high temperature convective flow field. The axisymmetric governing equations for mass, momentum, energy, and species are solved by an iterative and implicite unstructured finite-volume method. The moving boundary due to vaporization is handled by the deformable unstructured grid technique. The pressure-velocity coupling in the density-variable flows is treated by the SIMPLEC algorithm. In terms of the matrix solver, Bi-CGSTAB is employed for the numerically efficient and stable convergence. The n-decane is used as a liquid fuel and the initial droplet temperature is 300K. Computations are performed for the nonevaporating and evaporating droplets with the relative interphase velocity(25m/s). The unsteady vaporization process has been simulated up to the nondimensional time, 25. Numerical results indicate that the mathematical model developed in this study succesfully simulates the main features of the droplet vaporization process in the convective environment.
Combustion instability is a major issue in design of co-generation gas turbine combustors for efficient operation with low emissions. Combustion instability is induced by the interaction of the unsteady heat release of the combustion process and the change in the acoustic pressure in the combustion chamber. In an effort to develop a technique to predict self-excited combustion instability of co-generation gas turbine combustors, a new stability analysis method based on the transfer matrix method is developed. The method views the combustion system as a one-dimensional acoustic system with a side branch and describes the heat source as the input to the system. This approach makes it possible to use not only the advantages of the transfer matrix method but also well established classic control theories. The approach is applied to a simple co-generation gas turbine combustion system, which shows the validity and effectiveness of the approach.
In general, FDM(finite difference method) and FVM(finite volume method) are used for analyzing the fluid flow numerically. However it is difficult to apply them to problems involving complex geometries, multi-connected domains, and complex boundary conditions. On the contrary, FEM(finite element method) with coordinates transformation for the unstructured grid is effective for the complex geometries. Most of previous studies have used commercial codes such as KIVA or STAR-CD for the flow analyses in the engine cylinder, and these codes are mostly based on the FVM. In the present study, using the FEM for three-dimensional, unsteady, and incompressible Navier-Stokes equation, the velocity and pressure fields in the engine cylinder have been numerically analyzed. As a numerical algorithm, 4-step time-splitting method is used and ALE(arbitrary Lagrangian Eulerian) method is adopted for moving grids. In the Piston-Cylinder, the calculated results show good agreement in comparison with those by the FVM and the experimental results by the LDA.
Cerebral aneurysm mostly occurs at a bifurcation of the circle of Willis. When the cerebral aneurysm is ruptured a disease like subarachnoid hemorrhage and stroke is caused and this can be even deadly for patients. Generally it is known that causes of the intracranial aneurysm are a congenital deformity of the artery and pressure or shear stress from the blood flow. A blood flow pattern and the geometry of the blood vessel are important factors for the aneurysm formation. Research for several hemodynamic indices has been performed and these indices can be used for the prediction of aneurysm initiation and rupture. Therefore, the numerical analysis was performed for hemodynamic characteristics of the blood flow through the cerebral artery applying the various bifurcation angle and flow rate ratio. We analyze the flow characteristics using indices from the results of the numerical simulation. In addition, to investigate the flow pattern in the aneurysm according to the bifurcation angle and the flow rate ratio, we performed the numerical simulation on the supposition that the aneurysm occurs.
In this study, the flutter analysis for a rectangular box wing and an actual fighter wing with composite shin, aluminum spar and aluminum rib has been conducted. A conservative 3D wing-box model of an actual wing is modeled by MSC/PATRAN and the corresponding free vibration analysis has been performed by MSC/NASTRAN. The finite elements of membrane, rod and shear panel are used. Using the practical ply angles, various composite laminates are composed and analysed. The DLM code which is linear aerodynamic theory in frequency domain is applied to calculate unsteady aerodynamic pressure in subsonic flow region and the V-g and p-k methods are applied to obtain the solution of aeroelastic governing equation in frequency domain.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.10
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pp.2686-2697
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1994
When a railway train enters a tunnel at high speed, a compression wave is formed in front of the train and propagates along the tunnel. The compression wave subsequently emerges from the exit of the tunnel, which causes an impulsive noise. In order to estimate the magnitudes of the noises and to effectively minimize them, the characteristics of the compression wave propagating in a tunnel must be understood. In the present paper, the experimental and analytical investigations on the attenuation and distortion of the propagating compression waves were carried out using a model tunnel. This facility is a kind of open-ended shock tube with a fast-opening gate valve instead of a general diaphragm. One-dimensional flow model employed in the present study could appropriately predict the strength of the compression wave, Mach number and flow velocity induced by the compression wave. The experimental results show that the strength of a compression wave decreases with the distance from the tunnel entrance. The decreasing rate of the wave strength and pressure gradient in the wave is strongly dependent on the strength of the initial compression wave at the tunnel entrance.
The objective of the present study is to visualize the pulsatile flow fields by using three-dimensional computer simulation and the PIV system. A closed flow loop system was built for the steady and unsteady experiments. The Harvard pulsatile pump was used to generate the pulsatile pressure and velocity waveforms. Conifer powder as the tracing particles was added to water to visualize the flow field. Two consecutive particle images were captured by a CCD camera for the image processing. The cross-correlation method in combination with the moving searching area algorithm was applied for the image processing of the flow visualization. The pulsatile flow fields were visualized effectively by the PIV system in conjunction with the applied algorithm. The range validation and the area interpolation methods were used to obtain the final velocity vectors with high accuracy. The finite volume predictions were used to analyze three-dimensional flow patterns in the bifurcation model. The results of the PIV experiment and the computer simulation are in good agreement and the results show the recirculation zones and formation of the paired secondary flow distal to the apex of the bifurcated model. The results also show that the branch flow is pushed strongly to the inner wall due to the inertial force effect and helical motions are generated as the flow proceeds toward the outer wall.
Lais, Stefan;Liang, Quanwei;Henggeler, Urs;Weiss, Thomas;Escaler, Xavier;Egusquiza, Eduard
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.303-314
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2009
The present paper shows the results of numerical and experimental modal analyses of Francis runners, which were executed in air and in still water. In its first part this paper is focused on the numerical prediction of the model parameters by means of FEM and the validation of the FEM method. Influences of different geometries on modal parameters and frequency reduction ratio (FRR), which is the ratio of the natural frequencies in water and the corresponding natural frequencies in air, are investigated for two different runners, one prototype and one model runner. The results of the analyses indicate very good agreement between experiment and simulation. Particularly the frequency reduction ratios derived from simulation are found to agree very well with the values derived from experiment. In order to identify sensitivity of the structural properties several parameters such as material properties, different model scale and different hub geometries are numerically investigated. In its second part, a harmonic response analysis is shown for a Francis runner by applying the time dependent pressure distribution resulting from an unsteady CFD simulation to the mechanical structure. Thus, the data gained by modern CFD simulation are being fully utilized for the structural design based on life time analysis. With this new approach a more precise prediction of turbine loading and its effect on turbine life cycle is possible allowing better turbine designs to be developed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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