Jet cutting technology currently makes use of a generic supersonic gas jet to improve the cutting speed and performance. In order to get a better understanding of the flow characteristics involved in the supersonic jet cutting technology, the axisymmetric Navier-Stokes equations have been solved using a fully implicit finite volume method. Computations have been conducted to investigate some major characteristics of supersonic coaxial turbulent jets. An assistant gas jet has been imposed on the primary gas jet to simulate realistic jet cutting circumstance. The pressure and the temperature ratios of the primary and assistant gas jets are altered to investigate the major characteristics of the coaxial jets. The total pressure and Mach number distributions, shock wave systems, and the jet core length which characterize the coaxial jet flows are strongly affected by the pressure ratio, but not significantly dependent on the total temperature ratio. The assistant gas jet greatly affects the basic flow characteristics of the shock system and the core length of under and over-expanded jets.
램제트 엔진의 성능은 초음속 흡입구의 성능과 밀접한 연관이 있다. 초음속 흡입구 내부 유동 특성을 관찰하기 위해 실험적/전산해석적 연구를 수행하였다. 자발 시동이 가능한 2차원 실험 모델을 설계 제작하고 마하 2.5 초음속 풍동을 이용한 실험적 연구와 Menter's SST 난류 모델과 RANS 방정식에 기본한 전산해석 결과로부터 내부 유동 특성을 정리하였다. 흡입구의 안정 작동 조건에서의 의사충격파(Pseudo-shock wave)와 불안정 작동 조건의 버즈 현상에 대해 자세한 가시화 결과를 제시하였다.
The present study addresses an experimental investigation of the near field flow structures of supersonic, dual, coaxial, free, jet, which is discharged from the coaxial annular nozzle. The secondary stream is made from the annular nozzle of a design Mach number of 1.0 and the primary inner stream from a convergent-divergent nozzle. The objective of the present study is to investigate the interactions between the secondary stream and inner supersonic jets. The resulting flow fields are quantified by pitot impact and static pressure measurements and are visualized by using a shadowgraph optical method. The pressure ratios of the primary jet are varied to obtain over-expanded flows and moderately under-expanded flows at the exit of the coaxial nozzle. The pressure ratio of the secondary annular stream is varied between 1.0 and 4.0. The results show that the secondary annular stream significantly changes the Mach disc diameter and location, and the impact pressure distributions. The effects of the secondary annular stream on the primary supersonic jet flow are strongly dependent on whether the primary jet is under-expanded or over-expanded at the exit of the coaxial nozzle.
축소-팽창 디퓨저가 장착된 초음속 이젝터를 제작하여, 다양한 위치에서의 측정된 압력으로 부유동의 초음속 시동조건을 찾아내었다. 우선 부유동 흡입구의 크기의 영향을 알아내기 위하여 다양한 흡입구 직경으로 실험하였으며, 부유동의 초음속 시동은 흡입구 직경과 축소-팽창 디퓨저 직경의 비, d/D가 0.306 미만인 경우에만 일어났다. 이보다 큰 d/D에서는, 아음속 시동이 먼저 시작되고, 흡입구를 막으면서 주유동의 유입이 전 유동장을 채우게 되어 수직 충격파를 축소-팽창 디퓨저의 하류로 내려보내게 된다 이러한 상황에서 다시 흡입구를 열어도 히스테리시스의 영향으로 초음속 시동이 유지된다.
초음속 유동과 2상 유동이 공존하는 화염유도로 내 유동해석을 위한 사전 해석검증의 일환으로, 초음속 단상 노즐 플룸의 2차원 축대칭 해석과 물 분사가 포함된 3차원 2상 아음속 유동을 해석하였다. 단상초음속 노즐 플룸의 경우 충격파 셀 구조를 통해 물리적으로 위배되는 현상은 발견되지 않았다. 물분사가 포함된 3차원 2상 아음속 유동의 경우, 액적의 거동과 기화 과정을 정성적으로 볼 수 있었으며 물 분사시 고온공기의 냉각 모사가 가능함을 확인할 수 있었다. 이들 기초 검증 결과들은 추후 초음속 2상 물분사 플룸 유동에 적용되어 3차원 화염유도로 해석에 응용될 예정이다.
In general, flow entrainment of surrounding gas into a supersonic jet is caused by the pressure drop inside the jet and the shear actions between the jet and the surrounding gas. In the recent industrial applications, like supersonic ejector system or scramjet engine, the rapid mixing of two different gases is important in that it determines the whole performance of the flow system. However, the mixing performance of the conventional circular jet is very low because the shear actions are not enough. The supersonic jet discharging from a petal nozzle is known to enhance mixing effects with the surrounding gas because it produces strong longitudinal vortices due to the velocity differences from both the major and minor axes of petal nozzle. This study aims to enhance the mixing performance of the jet with surrounding gas by using the lobed petal nozzle. The jet flows from the petal nozzle are compared with those from the conventional circular nozzle. The petal nozzles employed are 4, 6, and 8 lobed shapes with a design Mach number of 1.7 each, and the circular nozzle has the same design Mach number. The pitot impact pressures are measured in detail to specify the jet flows. For flow visualization, the schlieren optical method is used. The experimental results reveal that the petal nozzle reduces the supersonic length of the supersonic jet, and leads to the improved mixing performance compared with the conventional circular jet.
초음속 유동장 내에서 돌출된 sharp fin형상에 의해 발생하는 충격파로 인한 열전달 특성변화 연구를 수행하였다. IR camera를 이용하여 마하 3의 유동 내에 attack angle이 $10^{\circ}$ 부터 $20^{\circ}$ 의 fin을 돌출시켜 생기는 충격파에 의한 바닥면 열전달 계수 변화를 측정하였으며, 유동장의 변화를 알아보기 보기 위해 oil flow method를 사용하였다.
An in-house supersonic ejector was designed to ensure low pressure and high speed scavenging of resonating cavity of chemical lasers. For given primary flow condition, 100g/s secondary mass flow rate was observed at the design pressure. Performance validation of a supersonic ejector system along with an investigation of effects of supersonic diffuser was conducted. Placement of diffuser at the secondary inlet further reduced diffuser upstream pressure to 1/4-1/5 relieving the local to the primary supply unit. In order to increase the secondary flow, we put two ejectors capable of removing 50g/s each of secondary flows together to deal with higher mass flow. Test of the parallel unit demonstrated the secondary flow rate was proportional to the numbers of individual units that were brought together. Additionally, flow calculations with a commercial code were carried out in every case of experiment and compared with results.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제11권2호
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pp.59-68
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2010
The aim of this work is to analyze high temperature flows around an axisymmetric blunt body taking into account chemical and vibrational non-equilibrium state for air mixture species. For this purpose, a finite volume methodology is employed to determine the supersonic flow parameters around the axisymmetric blunt body. This allows the capture of a shock wave before a blunt body placed in supersonic free stream. The numerical technique uses the flux vector splitting method of Van Leer. Here, adequate time stepping parameters, along with Courant, Friedrich, Lewis coefficient and mesh size level are selected to ensure numerical convergence, sought with an order of $10^{-8}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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