Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.12
no.2
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pp.46-56
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1988
The author has presented a new approach to design hydrofoil section shapes in consideration of viscous for marine propeller blades. In suction sides of propeller blades, the pressure distribution on hydrofoil sections in non-cavitating flow should be examined before the study of cavitation characteristics. Generally, the calculation results for hydrofoil conformal mapping method by which neglect viscous effects do not agree with experimental ones. Moreover, another papers reported that laminar separation bubble and transition played an important role on the cavitation inception. From these considerations, it is very important to study the viscous effects of the hydrofoil sections, especially the mechanism separation bubble and the apparent thickness of hydrofoil section. Therefore, the new design method of hydrofoil sections in consideration of viscous effects in comparison to the airfoil section should be studied. In designing the new hydrofoil section shapes, based on Eppler theory, the author tried to give the peak negative pressure in leading edge region for NACA airfoil in consideration of viscous effects without turbulent boundary layer separation as much as possible. The design method was verified from the fact that the boundary characteristics was improved and the lifts of new hydrofoils were slightly in creased in comparison to these of NACA 16-012 symmetrical, NACA 4412 non-symmetrical airfoils.
The major source of noise in the process of transporting liquids is related to the cavitation phenomenon. The control valve noise is mostly dominated by bubble dynamics under cavitating conditions. In this investigation, an orifice configuration is set-up to correlate its flow-field and acoustic signatures with those from a control valve device. The performance and noise characteristics form the orifice configuration in anechoic surroundings were measured to reveal the noise sources depending on pressure differences across the orifice configuration. The sound powers from the orifice configuration are effectively normalized using proposed scaling parameters. Flow-excited dynamic systems for which there is no strong coupling between the flow and the system response can be described using a linear source-filter model. On this assumption, the normalized sound powers can be decomposed of noise source function and a response function. To find noise sources, pressure spectra measured over a range of pressure differences are transformed into the product of two non-dimensional frequency function : $P_{ss}(He,f_{ca},x/D) = F(f_{ca})\;G(He,x/D)$. This scheme of finding noise sources is shown to be applicable to the cavitation noise from the control valve effectively Two kinds of cavitating modes based on our experimental data are found and discussed.
Hong Sung-Mo;Lee Min-Ku;Kim Gwang-Ho;Rhee Chang-Kyu
Journal of Surface Science and Engineering
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v.39
no.1
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pp.35-42
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2006
In this study, the fatigue properties on the cavitation damage of the flame quenched 8.8Al-bronze (8.8Al-4.5Ni-4.5Fe-Cu) as well as the current nuclear pump impeller materials (8.8Al-bronze, STS316 and SR50A) has been investigated using an ultrasonic vibratory cavitation test. For this the impact loads of cavitation bubbles generated by ultrasonic vibratory device quantitatively evaluated and simultaneously the cavitation erosion experiments have been carried out. The fatigue analysis on the cavitation damage of the materials has been made from the determined impact load distribution (e.g. impact load, bubble count) and erosion parameters (e.g. incubation period, MDPR). According to Miner's law, the determined exponents b of the F-N relation ($F^b$ N = Constant) at the incubation stage (N: the number of fracture cycle) were 5.62, 4.16, 6.25 and 8.1 for the 8.8Al-bronze, flame quenched one, STS316 and SR50A alloys. respectively. At the steady state period, the exponents b of the F-N' curve (N': the number of cycle required for $1{\mu}m$ increment of MDP) were determined as 6.32, 5, 7.14 and 7.76 for the 8.8Al-bronze, flame quenched one, STS316, and SR50A alloys, respectively.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.179-190
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2011
The swirling flow developing in Francis turbine draft tube under part load operation leads to pressure fluctuations usually in the range of 0.2 to 0.4 times the runner rotational frequency resulting from the so-called vortex breakdown. For low cavitation number, the flow features a cavitation vortex rope animated with precession motion. Under given conditions, these pressure fluctuations may lead to undesirable pressure fluctuations in the entire hydraulic system and also produce active power oscillations. For the upper part load range, between 0.7 and 0.85 times the best efficiency discharge, pressure fluctuations may appear in a higher frequency range of 2 to 4 times the runner rotational speed and feature modulations with vortex rope precession. It has been pointed out that for this particular operating point, the vortex rope features elliptical cross section and is animated of a self-rotation. This paper presents an experimental investigation focusing on this peculiar phenomenon, defined as the upper part load vortex rope. The experimental investigation is carried out on a high specific speed Francis turbine scale model installed on a test rig of the EPFL Laboratory for Hydraulic Machines. The selected operating point corresponds to a discharge of 0.83 times the best efficiency discharge. Observations of the cavitation vortex carried out with high speed camera have been recorded and synchronized with pressure fluctuations measurements at the draft tube cone. First, the vortex rope self rotation frequency is evidenced and the related frequency is deduced. Then, the influence of the sigma cavitation number on vortex rope shape and pressure fluctuations is presented. The waterfall diagram of the pressure fluctuations evidences resonance effects with the hydraulic circuit. The influence of outlet bubble cavitation and air injection is also investigated for low cavitation number. The time evolution of the vortex rope volume is compared with pressure fluctuations time evolution using image processing. Finally, the influence of the Froude number on the vortex rope shape and the associated pressure fluctuations is analyzed by varying the rotational speed.
Bu-Geun Paik;Jong-Woo Ahn;Young-Ha Park;So-Won Jeong;Jae-Yeol Song;Yoon-Ho Ko
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.1
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pp.31-37
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2023
In the present study, a method of performing cavitation erosion test directly on the anodized surface of the rudder model is proposed, not applying ink or paint on its surface. An image processing technique is newly developed to quantitatively evaluate the erosion damages on the rudder model surface after erosion test. The preprocessing saturation image, image smoothing, adaptive hysteresis thresholding and eroded area detection algorithms are in the image processing program. The rudder cavitation erosion tests are conducted in the rudder deflection angle range of 0° to -4°, which is used to maintain a straight course at the highest speed of the targeted navy ship. In the case of the conventional flat-type full-spade rudder currently being used in the target ship, surface erosion can occur on the model rudder surface in the above rudder deflection angle range. The bubble type of cavitation occurs on rudder surface, which is estimated to be the main reason of erosion damage on the rudder surface.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.471-477
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1998
A constant flow-rate control valve provides effective distributions and controls of running water in a pipe system. The noise characteristics were measured to reveal the noise sources depending on pressure differences across a valve. Valve noise is mostly dominated by bubble dynamics under cavitating conditions. In this study, the sound powers from a flow control valve of constant flow rates are effectively normalized. Flow-excited dynamic systems for which there is no strong coupling between the flow and the system response can be described using a linear source-filter model. On this assumption, the normalized sound powers can be decomposed of noise source function and a response function. The source spectra in, terms of cavitation frequency show cavitation events occurring at narrow banded frequencies greater than 10 kHz. There also possibly exist two kinds of cavitating modes based on our experimental data.
The effects of noble gas (such as helium, neon, argon, krypton, and xenon) on the sonolytic decomposition of water and 2-methyl-2-propanol(t-butanol) with 200 KHz high power ultrasound were investigated. The physical properties of the noble gas have an effect on the formation rate of products $(H_2O_2,\;H_2,\;O_2)$ and the decomposition rate on the sonolytic decomposition of water. The pyrolysis products, such as methane, ethane, ethylene, and acetylene are formed during the sonolytic decomposition of t-butanol. From the estimation of the ratio $[C_2H_4+C_2H_2] / [C_2H_6]$, the cavitation temperature would be varied by the used noble gas. In all cases for the sonolytic decomposition of water, t-butanol, and diethyl phthalate, the decomposition rates were xenon > krypton > argon > neon > helium with a significant difference and were closely correlated with the formation rate of OH radical and high temperature inside the cavitation bubble under each noble gas.
Experiments on friction drag reduction by injecting polymer (Polyethylene oxide) solution or micro-bubbles were carried out in the cavitation tunnel of KRISO. Two different drag reduction mechanisms were applied to a slender axi-symmetric body to measure the total drag reduction. And then the amount of friction drag reduction was estimated under the assumption that the reduction mechanisms were effective only to the friction drag component. As the result of the tests, polymer solution drag reduction up to 23% of the total drag was observed and it corresponds to about 35% of the estimated friction drag of the axi-symmetric body. This result matched reasonably well to that of the flat plate test "(Kim et al, 2003)". The normalization of the controlling parameters was tried at the end of this paper. Micro-bubble drag reduction was within 1% of its total drag. This unexpected result was quite different from that of the flat plate case "(Kim et at, 2003)" The possible reasons were discussed in this paper.
Park, Cheolsoo;Jeong, So Won;Kim, Gun Do;Park, Youngha;Moon, Ilsung;Yim, Geuntae
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.40
no.4
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pp.320-329
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2021
In this paper, an empirical model of air bubble size to be applied to an air masker for reduction of underwater radiation noise is presented. The proposed model improves the divergence problem under the low-speed flow condition of the existing model derived using Rayleigh's jet instability model and simple continuity condition by introducing a jet flow velocity of air. The jet flow velocity of air is estimated using the bubble size where the liquid is quiescent. In a medium without flow, the size of the bubble is estimated by an empirical method where bubble formation regime is divided into a laminar-flow range, a transition range, and a turbulent-flow range based on the Reynolds number of the injected air. The proposed bubble size model is confirmed to be in good agreement with the Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis result and the experimental results of the existing literature. Using the acoustic inversion method, the air bubble population is estimated from the insertion loss measured during the air injection experiment of the air- masker model in a large cavitation tunnel. The results of the experiments and the bubble size model are compared in the paper.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.4
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pp.330-340
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2018
In the present works, the High-speed Cavitation Tunnel (HCT) has been designed and manufactured to have the large test section to conduct various supercavitation experiments. The large amount of air ventilated behind a cavitator produces lots of tiny bubbles, which prevent clear observation of supercavitation at the test section. To collect small bubbles effectively, a bubble collecting section of large volume is equipped upstream of the test section. HCT has the test section dimension of $0.3^H{\times}0.3^W{\times}3.0^L\;m^3$ and provides maximum flow speed of 20.4 m/s at the test section. The blockage and Froude effects on the ventilated supercavitation are investigated successfully at the test section. The basic studies such as the supercavitation evolution, drag measurements and cavity shape extraction with air flow rate are also carried out in HCT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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