액체 산소(LOx)와 Jet A-1(Jet engine fuel)을 추진제로 하는 소형 액체 로켓 연소기에서 막 냉각의 효과에 관한 실험적 연구를 수행하였다. 막 냉각제(Jet A-1과 물)는 막냉각장치를 통해 분사되도록 하였다. 막 냉각 유량 변화에 따른 연소기의 외벽온도 및 막 냉각 길이는 추진제 혼합비, 연소실 압력 및 막냉각장치의 형상 변화(분사각)에 따라 비교하였다. 막 냉각에 따른 특성속도 효율의 손실도 막 냉각제를 물과 Jet A-1을 사용하였을 경우에 대해서 각각 구하였다. 연소실 압력의 증가에 따라 노즐에서의 외벽 온도는 증가하였으나, 퍼센트 막냉각 유량이 9% 이상인 경우에 연소실에서는 거의 영향을 받지 않았다. 특성속도는 퍼센트 막냉각 유량이 9% 이상일 때 추진제 혼합비에 영향을 받지 않았다.
The heat transfer and flow measurements on a cylindrical pedestal mounted on a flat surface with a turbulent impinging jet were made. The experiments were made for the jet Reynolds number of Re = 23,000, the dimensionless nozzle-to-surface distance of L/d = 2~10, the dimensionless pedestal height of H/D = 0~1.5. Measurements of the surface temperature and the Nusselt number distributions on the plate surface were made using liquid crystal and shroud-transient technique. Flow measurements involve smoke flow visualization and the wall pressure coefficient. The results show that the wall pressure coefficient sharply decreases along the upper surface of the pedestal. However, the pressure increases when the fluid escapes from the pedestal and then collides on the plate surface. The secondary maxima in the Nusselt numbers occur in the region of 1.0 $\leq$ r/d $\leq$ 1.9. Their values for the case of H/D = 0.5 are maximum 80% higher than those for other cases. The formation of the secondary maxima may be attributed to the reattachment of flow on the plate surface which was separated at the edge of the pedestal.
The coefficients of convective heat transfer were investigated when air is jetted to surface of the heated side-wall. The temperature on the side-wall was measured when the offsets changed from 1.5 to 10.5 as 7 steps at the state of fixed Reynolds numbers that were 35000, 29000 and 23000. The experimental results are as follows: 1. The mean Nusselt number is very high on the surface of reattached flow region. 2. The offset and the recirculation flow region decreased, while the mean Nusselt number increased between the outlet of nozzle and the region of reattachment flow. 3. The local Nusselt number is not concerned with Reynolds number on the recirculation flow and on the reattached flow region when the offset decrease. But the Nusselt number increased only when Reynolds numbers on the wall jet flow region increased. 4. The mean and the maximum Nusselt number decreases linearly, and in particular its values rapidly decrease in accordance with changing of the offset from 1.5 to 3 in inverse proportion.
Measurements of the local heat transfer coeffcients on a spherically concave surface with a round impinging jet are presented. The liquid crystal transient method was used for these measurements. This method, which is a variation on the transient method, suddenly exposes a preheated wall to an impinging jet while video recording the response of liquid crystals for the measurement of the surface temperature. The Reynolds numbers used were 1,000, 23,000 and 50,000 and the nozzle-to-jet distance was L/d=2, 4, 6, 8, 10. Presented results are compared to previous measurements for flat plate. In the experiment, the local heat transfer Nusselt numbers on a concave surface are higher than those on a flat plate. Maximum Nusselt number at all region occured at L/d=6 and second maximum in the Nusselt number occured at R/d=2 for both Re=50,000 and Re=23,000 in case of L/d=2 and for only Re=50,000 in case of L/d=4. All other cases exhibit monotonically decreasing value of the Nusselt number along the curved surface.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권1호
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pp.152-161
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2004
The thermal load is a very important problem to be solved in many industrial systems including the electronic equipment. Impinging Jets have been known to provide a large heat transfer rates on surface for many years. The turbulence enhancement of fluid flow is requested for the efficiency elevation of heat transfer. A study on flow fields by rods attached to the wall surface as a promoter of turbulence enhancement has been carried out. The exact analysis on chracteristics of impinging jet field is requested to obtain the optimum design of the impinging jet system. By visualizing the flow field and processing the high digital image by computer PIV can afford exact data on the velocity vector kinetic energy and turbulence intensity in the complex turbulence field. In this study. three kinds of rod shape such as square. triangle. and semicircle are selected as the turbulence promoter. Nozzle diameters are 10mm. 17mm. and 23mm. And the analysis of the flow characteristics due to the above rods is carried out at Re No. 2.000, 3.000. and 4,000 by PIV measurement. It is clarified that the rod setup is very useful to obtain the turbulence enhancement and the turbulence intensity according to the shapes of rod appears large in order of the shapes of rod such as square 〉 triangle 〉semicircle.
선박에 설치되는 고정식 $CO_2$ 소화장치의 구성요소 중 하나인 $CO_2$ 소화제분사노즐의 분사각과 분사속도가 유동 및 $CO_2$ 농도분포특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 전산모의실험을 2차원 비정상상태로 수행하였다. 유동장과 $CO_2$ 소화제 농도장을 계산하여 분석하였다. 소화제 분사노즐의 조건에 따라 유동형태의 상이성을 확인할 수 있었으며, 모든 소화제 분사노즐조건에서 와류가 형성되는 영역으로부터 주위로 등농도선대가 확장됨을 알 수 있었다. 소화제 분사노즐각에 따라 계산영역의 밑바닥면을 따르는 벽면제트기류의 강도가 다르게 나타났고, 등농도선대가 확장 또는 축소됨을 예측 가능하였다. $CO_2$ 소화제 분사유량을 일정하게 유지한 상태에서 소화제 분사속도를 증가시키는 것이 감소시키는 것 보다 더 높은 $CO_2$ 등농도선대가 밑바닥면 상에 형성될 것으로 예측되었다.
국내의 친환경차는 현재 국내 총 등록차량 중 5.8% 비중을 차지하고 있으며, 대표적 친환경 차량 중 하나인 수소차는 정부의 수소 산업 부양 정책을 근간으로 시장에 보급 확대되어 현재 26,719대의 보급량을 기록하며 초년 대비 300배로 성장했다. 따라서, 보급 증가에 따른 수소차에 대한 안전성 검토 및 확보가 다방면에서 확대되어야 하는 시점이다. 본 연구에서는 수소차가 통행하는 반밀폐 공간 중 하나인 도로터널에서 수소차에 의한 제트화염 발생시 내부의 열 피해 영향에 대해 분석하였다. 상용코드인 Fluent를 사용하여 시뮬레이션하였으며, 마제형 터널을 대상으로 상용 수소차의 수소탱크 용량을 고려하여 제트 화염 분사량을 선정하였다. 또한, 제트화염의 방향 및 터널 벽면과의 거리 등을 변수로 하여 연구를 수행하였다. 그 결과로부터 도로 터널 내 제트화염 분출시 방향에 따라 일부 차이가 있으나 차량(분사 노즐) 기준 종방향으로 ±5 m, 인접한 터널 벽면 기준 횡방향 5~7 m 이내에서는 대부분의 구역에서 20 kW/m2 이상의 높은 복사열 방사가 발생되었다.
The Coanda effect is the tendency for a fluid jet to atach itself to an adjacent surface and follow its contour without causing an appreciable flow separation. The jet is pulled onto the surface by the low pressure region which develops as entrainment pumps fluid from the region between the jet and the surface. Then the jet is held to the wall surface by the resulting radial pressure gradient which balance the inertial resistance of the jet to turning. The jet may attach to the surface and may be deflected through more than 180 dog, when the radius of the Coanda surface is sufficiently large compared to the height of the exhaust nozzle. However, if the radius of curvature is small, the jet turns through a smaller angle, or may not attach to the surface at all. In general, the limitations in size and weight of a device will limit the radius of the deflection surface. Thus much effort has been paid to improve the jet deflection in a variety of engineering fields. The Coanda effect has long been applied to improve aerodynamic characteristics, such as the drag/lift ratio of flight body, the engine exhaust plume thrust vectoring, and the aerofoil/wing circulation control. During the energy crisis of the seventies, the Coanda jet was applied to reduce vehicle drag and led to drag reductions of as much as about 30% for a trailer configuration. Recently a variety of industrial applications are exploiting another characteristics of the Coanda jets, mainly the enhanced turbulence levels and entrainment compared with conventional jet flows. Various industrial burners and combustors are based upon this principle. If the curvature of the Coanda surface is too great or the operating pressure too high, the jet flow will break away completely from the surface. This could have catastrophic consequences for a burner or combustor. Detailed understanding of the Coanda jet flow is essential to refine the design to maximize the enhanced entrainment in these applications.
Measurements of the local heat transfer coefficients on a hemispherically concave surface with a round oblique impinging jet were made. The liquid crystal transient method was used for these measurements. This method, which is a variation of the transient method, suddenly exposes a preheated wall to an impinging jet while video recording the response of liquid crystal for the surface temperature measurements. The Reynolds number used was 23,000 and the nozzle -to -jet distance was L/d=2, 4, 6, 8 and 10 and the jet angle was $\alpha$=0$^{\circ}$, 15$^{\circ}$, 30$^{\circ}$and 40$^{\circ}$. In the experiment, the maximum Nusselt number at all region occurred at L/d(equation omitted)6 and Nusselt number decreases as the inclined jet angle increases. For the normal jet the contours of constant Nusselt number are circular and as the jet is inclined closer and closer to the surface the contours become elliptical shape. The decreasing rate of the Nusselt number at X/d> 0(upstream) on a surface curvature are higher than those on a flate plate and the decreasing rate of the Nusselt number at X/d <0(downstream) on a surface curvature are lower than those on a flate plate. And also, the decreasing rate of local Nusselt number distribution at X/d <0(upstream) exhibit lower than with X/d <0(downstream) as jet angle increases. The second maximum Nusselt number occurred at long distance from stagnation point as jet angle increases.
과냉각수조로 분사되는 증기의 직접접촉 응축특성을 알아보기 위하여 다섯 개의 수평 노즐에 대해 증기 질량유량과 수조 온도를 여러 가지로 변화시키면서 실험적 연구를 수행하였다. 증기응축현상을 육안관찰과 고속 비디오 카메라를 사용한 방법으로 분석한 결과, 안정된 증기제트인 경우 증기 질량속과 수조온도가 변화함에 따라 타원형 및 원추형 증기제트 형상이 나타나는 것을 관찰하였다. 증기제트 팽창비, 증기제트 길이 및 응축연전달계수를 구하였고, 증기 질량속, 수조온도 및 노즐 내경이 미치는 영향을 분석하였다. 증기제트 길이와 응축열전달계수를 증기 질량속 및 응축추진 포텐셜의 함수로 나타낸 상관식을 구하였다. 증기제트 내부와 주위 수조온도 분포를 구했으며 증기 질량속, 수조온도 및 노즐 내경이 미치는 영향을 분석하였다. 처깅, 천이처깅, 응축진동, 안정응축, 방울응축진동 및 간헐진동응축 등 여섯 가지 영역으로 구분된 응축 영역도를 작성하였다. 그 외, 수조 벽면에서의 동압을 측정하였고, 증기 질량속과 수조온도에 따라 변화하는 증기 응축모드와 동압과는 밀접한 연관성이 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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