This paper reports the effects of nozzle exit boundary layer swirl on the instability modes of underexpanded supersonic jets emerging from plane rectangular nozzles. The effects of boundary layer swirl at the nozzle exit on thrust and mixing of supersonic rectangular jets are also considered. The previous study was performed with a 30°boundary layer swirl (S=0.41) in a plane rectangular nozzle exit. At this study, a 45°boundary layer swirl (S=1.0) is applied in a plane rectangular nozzle exit. A three-dimensional unsteady compressible Reynolds-Averaged Navier-Stokes code with Baldwin-Lomax and Chiens $\kappa$-$\xi$ two-equation turbulence models was used for numerical simulation. A shock adaptive grid system was applied to enhance shock resolution. The nozzle aspect ratio used in this study was 5.0, and the fully-expanded jet Mach number was 1.526. The \"flapping\" and \"pumping\" oscillations were observed in the jets small dimension at frequencies of about 3,900Hz and 7,800Hz, respectively. In the jets large dimension, \"spanwise\" oscillations at the same frequency as the small dimensions \"flapping\" oscillations were captured. As reported before with a 30°nozzle exit boundary layer swirl, the induction of 45°swirl to the nozzle exit boundary layer also strongly enhances jet mixing with the reduction of thrust by 10%.
This paper describes the flow characteristics of circular multiple jet investigated by hot-wire anemometry. The nozzle arrays were classified into two cases; 6- or 7-nozzle located circumferentially in equal interval without or with a central jet. The flow field was measured according to the number of nozzles when the Reynolds number based on the nozzle exit is about $10^4$. Mean velocity, Reynolds shear stress and turbulent kinetic energy were investigated in the downstream of jets. The Tollmien's theory holds for downstream only when a nozzle locates at the center. Jet interaction is influenced due to with or without a center nozzle. In addition, the two-dimensional numerical computation was conducted for 3-nozzle case to obtain the general flow structure near the nozzle exit, which verifies the formation of the recirculation region with captive vortices, that is, the evidence of the interaction between jets.
Electrospray is used in various industries because it can produce continuous and uniform droplets. However, it is difficult to find optimal spraying condition due to lack of data in various conditions. In this study, various conditions were divided into electric parameters and fluid property. The electric parameters set Nozzle to Substrate(NTS), nozzle diameters and the fluid property set viscosity and conductivity as conditions. In this study, it observes spray patterns, Sauter Mean Diameter(SMD) according to conditions. As a result, fluid properties had a greater effect on the cone-Jet mode than on the nozzle diameter, NTS, and flowrate. All of solutions have Stable cone-jet mode at voltage of 8.5 kV, NTS of 20 mm and nozzle diameter of 0.2 mm. SMD has 27% different depending on viscosity and conductivity. The increased flowrate and viscosity are rising break-up length and thickening jet also jet is thinned by increased conductivity. Experiments have confirmed that the jet is thickened by increased flowrate and viscosity, and that the jet is thinned by conductivity.
The prediction of the critical Reynolds number in the stability curie of liquid jet was mainly analyzed by the empirical correlations and the experimental data through the literature. The factors affecting the critical Reynolds number include Ohnesorge number, nozzle length-diameter ratio, ambient pressure and nozzle inlet type. The nozzle inlet type was divided into two groups according to the dependence of the critical Reynolds number on the length-to-diameter ratio of nozzle. The empirical correlations for the critical Reynolds number as a function of above factors mentioned are newly proposed.
A visualization study of shock formation of the supersonic jet nozzle using a Shadowgraph Method (SM) was carried out to investigate the effect of the longitudinal variation of coaxial pipe end tip position inside the supersonic nozzle. The experiment was performed for the Mach number range from 1.1 to 1.2 at nozzle exit. The well known shock cell structure was shown with the pipe end located deep inside the nozzle for the studied Mach number. With the pipe end approaches nozzle exit, it was found that the shock cell structure disappeared and turned into complex formation. In order to understand the mechanism of the shock structural change, computational simulation was carried out using the Navier-Stokes solver, FLUENT. Topological sketch was added with an aid of the visualization and the numerical simulation.
롤 회전하는 유도탄에서 축소-확대 노즐을 지나는 추진 제트와 유도탄과의 각운동량 교환을 통하여 유도탄의 각운동량이 증가하게 되고 이러한 현상을 제트 롤 댐핑이라 한다. 본 연구에서는 제트 롤 댐핑을 각운동량 보존 방정식으로부터 유도하고 근사적인 계산을 통하여 신궁 유도탄의 제트 롤 댐핑의 최대값을 산출하였다. 또한 축대칭 압축성 난류 유동에 대한 수치 해석을 통하여 산출한 제트 롤 댐핑값을 비교하였다.
Flow characteristics of turbulent elliptic jets were experimentally investigated using a single-frame PIV system. A sharp-edged elliptic nozzle with aspect ratio(AR) of 2 was tested and the experimental results were compared with those of circular jet having the same equivalent diameter($D_e$). The Reynolds number based on the nozzle exit velocity and nozzle equivalent diameter was about $1{\times}10^4$. The spreading rate along the major and minor axis are different remarkably. The jet half width along the major axis decreases at first and then increases with going downstream. But along the minor axis the jet width increases steadily. The elliptic jet of AR=2 has one switching points at $X/D_e=2$ within the near field. Turbulence properties are also found to be significantly different along the major and minor axis planes.
The aerodynamic characteristics of the L-type side jet thruster are examined by using computational fluid dynamics methods. The critical design points of L-type side jet thruster with bent nozzle by 90degrees are studied in terms of the relation between side jet nozzle geometry and thrust efficiency.
An experimental investigation has been conducted with the objective of studying the mixing mechanism near the nozzle exit in a tone-excited jet diffusion flame. The fuel jet was pulsed by means of a loudspeaker-driven cavity. The excitation frequencies were chosen for the two cases of the non-resonant and resonant frequency identified as a fuel tube resonance due to acoustic excitation. The effect of tone-excitations on mixing pattern near the nozzle exit and flame was visualized using various techniques, including schlieren photograph and laser light scattering photograph from $TiO_2$ seed particles. In order to clarify the details of the flame feature observed by visualization methods, hotwire measurements have been made. Excitation at the resonant frequency makes strong mixing near the nozzle. In this case, the fuel jet flow in the vicinity of nozzle exit breaks up into disturbed fuel parcels. This phenomena affects greatly the combustion characteristics of the tone excited jet and presumably occurs by flow separation from the wall inside the fuel nozzle. As a result, in the resonant frequency the flame length reduces greatly.
An EHD (Electro-Hydro-Dynamic) jet for electrostatic inkjet head shows advantages to print micro-size patterns using various inks because it can generate sub-micron droplets and can use highly viscous inks. Thus, many researchers in industrial fields are concerned about the EHD jet in these days. Since the basic principle of the EHD jet is to form a droplet from an apex of meniscus at the end of the nozzle, the ejection mechanism can be changed by the shape of the meniscus. The stable ejection of the droplet is greatly affected by the shape of the meniscus which is also influenced by surface characteristics of the nozzle, electric potential and ink properties. Experiments have been performed using the nozzles with hydrophilic and hydrophobic coatings in this study. The hydrophobic nozzle forms the stable droplets in wider range of the electric potential than the hydrophilic nozzle does.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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