The objective of this study is to evaluate the prediction accuracy of development large eddy simulation(LES) program for turbulent flow behind a bluff-body. The LES solver was implemented on parallel computer consisting 16 processors. To verify the capability of LES code, the results were compared with those of Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) using standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model as well as experimental data. The results showed that the LES and RANS qualitatively well predicted the experimental results, such as mean axial, radial velocities and turbulent kinetic energy. In the quantitative analysis, however, the LES showed a better prediction performance than RANS. Specially, the LES well described characteristics of the recirculation zones, such as air stagnation point and jet stagnation point. Finally, the unsteady phenomena on the Bluff-body, such as the transition of recirculation region and vorticity, was examined with LES methodology.
The purpose of the study is to assess the extinguishing concentration of inert gases in engine nacelle fire. The experiment was performed with a two dimensional rectangular bluff body stabilized flames, where the fuel was ejected to counter flow and co-flow against an oxidizer stream. Two inert gases, $CO_2$ and $N_2$, were used for extinguishing agent in the oxidizer and methane was used for fuel. The main experimental parameters were the direction of injecting fuel, the kinds of agent and the velocity ratio between air and fuel streams, which controlled the mixing characteristic near bluff body and the strength of recirculation zone in the downstream. The result shows the flame structure and the mode were strongly dependent with fuel/air ratio and the fuel jet direction. For both flow configurations, the extinguishing concentration of $CO_2$ was smaller than the $N_2$ because of the large heat capacity of $CO_2$. However, the concentration of inert gasesat blowout was much smaller than those in the cup burner and coflow jet diffusion flames, which implies that the extinction mechanism of bluff body stabilized flames was mainly due to the aerodynamic aspect. Compared to co-flow fuel injection, the extinguishing concentration of inert gases under counter flow configuration was lower. The effect of direction might result from the mixing characteristic and strength of recirculation zonearound a bluff body. More details should be investigated for the characteristic of recirculation zone in the wake of bluff body using the LES(Large Eddy Simulation).
This paper computes the bluff-body stabilized jet and flame. This study numerically investigates the nonpremixed $C_{2}H_{4}-air$ jet for the nonreacting case and the nonpremixed $CH_{3}OH-air$ turbulent flames for the reacting case using the laminar flamelet model on modified KIVA2 code. And this study predicts $NO_{x}$ formation characteristics using Eulerian Particle Flamelet Model. In the present study, the turbulent combustion model is applied to analyze both nonreacting and reacting case. And both standard $k-{\varepsilon}$ model and modified $k-{\varepsilon}$ model are used in nonreacting case. Calculations are compared with experimental data in terms of velocity, mixture fraction, mixture fraction Root Mean Square and Temperature. The present model correctly predicts the essential features of flame structures and $NO_{x}$ formation characteristics in the bluff-body stabilized flames.
The transported probability density function model combined with the consistent finite volume (FV) method has been applied to simulate the turbulent bluff-body reacting flows. To realistically account for the non-isotropic turbulence effects on the turbulent bluff-body reacting flows, the present PDF transport approach is based on the joint velocity- turbulent frequency-composition PDF formulation. The evolution of the fluctuating velocity of a particle is modeled by a simplified Langevin equation and the particle turbulence frequency is represented by the modified Jayesh - Pope model. Effects of molecular diffusion are represented by the interaction by exchange with the mean (IEM) mixing model. To validate this hybrid FV/PDF transport model, the numerical results are compared with experimental data for the turbulent bluff-body reacting flows.
The Numerical simulation was performed on the flow field around the two-dimensional rectangular bluff body in order to simulate an engine nacelle fire and to complement the previous experimental results of the bluff body stabilized flames. Fire Dynamic Simulator (FDS) based on the Direct Numerical Simulation (DNS) was employed to clarify the characteristics of reacting flow around bluff body. The overall reaction was considered and the constant for reaction was determined from flame extinction limits of experimental results. The air used atmosphere and the fuel used methane. For both fuel ejection configurations against an oxidizer stream, the flame stability and flame mode were affected mainly by vortex structure near bluff body. In the coflow configuration, air velocity at the flame extinction limit are increased with fuel velocity, which is comparable to the experiment results. Comparing with the isothermal flow field, the reacting flow produces a weak and small recirculation zone, which is result in the reductions of density and momentum due to temperature increase by reaction in the wake zone.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.5
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pp.121-131
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2013
The characteristics of flame dynamics occurring near the bluff body was experimentally investigated in a model combustor with V-gutter bluff body. Measurements of chemiluminescence with high speed camera and PIV were performed for visualization of flame structure. Flashback occurs due to the change of pressure gradient in the combustor, and the flashback distance depends on equivalent ratio. Unstable flames can be classified into three types depending on the flashback distance and structure. When the flame goes over the bluff body, an unusual flame structure occurs at the front of the bluff body. Re-stabilization takes place as the flame moves downstream of the combustor. This process is supported by a strong vortex structure behind the bluff body.
The characteristics of spray combustion and dropsize of spray through twin-fluid atomizer was experimentally investigated. The distribution of flame temperature have an effect on the generation of NOx. To investigate there effects, flame temperature with different spray shape was observed. The spray shape was varied by various bluff-bodys. Mean temperature were measured by thermocouple respectively, and NOx concentration was measure by NOx analyser. Distribution of droplet sizes were measured by PMAS. The result showed that the flame with wide distribution has lower temperature and lower NOx emission compared with narrow.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.6
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pp.1163-1170
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1992
A computer program was developed to analyze the two-dimensional unsteady incompressible viscous flow behind a rectangular bluff body between two parallel plates. The Peaceman-Rachford alternating direction implicit numerical method and Wachspress parameter were adopted to solve the governing equations in vorticity-transport and stream function formulation. The steady state flow and the vortex flow behind a rectangular bluff body in a chemical were investigated for Reynolds numbers of 200 and 500. The vortex shedding was generated by a physical pertubation numerically imposed at the center of the flow field for a short time. It was observed that the perturbed flow became periodic after a transient period.
Seo, Seong-Ho;Nam, Chung-Do;Lee, Hyoung-Woo;Hong, Cheol-Hyun
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.17
no.6
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pp.59-63
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2014
Object of this study is to see whether the arc-groove on a D-shape bluff body effects the drag reduction or not. To this end, the changes of the boundary layer on the surface of the object, the downstream flow field and wake flow were found by experiments. The experiments are conducted by changing number and depth of the groove, angle of the first groove and Reynolds number(Re). Groove did not effect on the surface in the downstream boundary layer of the object and was minimal impact on the time mean velocity recovery of the wake flow. Also the effects of Groove did not have a significant impact on the structure of the wake and the wake frequency. Therefore it is found that the arc-groove of the drag reduction effect on the D-shape bluff body was smaller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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