Kim, Mun-Ki;Oh, Jeong-Suk;Choi, Young-Il;Yoon, Young-Bin
한국연소학회:학술대회논문집
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2006.10a
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pp.86-94
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2006
This paper investigates the effects of acoustic forcing on NOx emissions and mixing process in the near field region of turbulent hydrogen nonpremixed flames. The resonance frequency was selected to force the coaxial air jet acoustically, because the resonance frequency is effective to amplify the forcing amplitude and reduce NOx emissions. When the resonance frequency is acoustically excited, a streamwise vortex is formed in the mixing layer between the coaxial air jet and coflowing air. As the vortex develops downstream, it entrains both ambient air and combustion products into the coaxial air jet to mix well. In addition, the strong vortex pulls the flame surface toward the coaxial air jet, causing intense chemical reaction. Acoustic excitation also causes velocity fluctuations of coaxial air jet as well as fuel jet but, the maximum value of centerline fuel velocity fluctuation occurs at the different phases of $\Phi$=$180^{\circ}$ for nonreacting case and $\Phi$=$0^{\circ}$ for reacting case. Since acoustic excitation enhances the mixing rate of fuel and air, the line of the stoichiometric mixture fraction becomes narrow. Finally, acoustic forcing at the resonance frequency reduces the normalized flame length by 15 % and EINOx by 25 %, compared to the flame without acoustic excitation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.7
s.250
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pp.656-662
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2006
The effects of concave hemispherical surface with inclined angle on the local heat transfer from a turbulent round jet impinging were experimentally investigated using transient liquid crystal method. This method suddenly exposes a preheated wall to an impinging jet and then the video system records the response of liquid crystals for the measurement of the surface temperature. The Reynolds numbers were used 11000, 23000 and 50000, nozzle-to-surface distance ratio from 2 to 10 and the surface angles $\alpha=0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ}\;and\;40^{\circ}$. Correlations of the stagnation point Nusselt number according to Reynolds number, jet-to-surface distance ratio and dimensionless surface angle are investigated. In the stagnation point, in term of $Re^n$, n ranges from 0.43 in case of $2{\leq}L/d\leq6$ to 0.45 in case of $6. The maximum Nusselt number occurs in the direction of upstream. The displacement of the maximum Nusselt number from the stagnation point increases with increasing surface angle or decreasing nozzle-to-surface distance. The maximum displacement is about 0.7 times of the jet nozzle diameter.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.2
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pp.147-155
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2001
Experimental investigations were conducted for two hydrogen-nitrogen coaxial jet diffusion flames. A flame was a conventional coaxial jet diffusion flame and the other was a coaxial jet diffusion flame of which ambient air-jet turbulence was intensified. In this study, firstly two kinds of NOx measuring system were campared by using different convertors, secondly the NOx formation characteristics were investigated in order to examine the effect of turbulence intensity. In this study it is known that stainless convertor has some problem in the converting process from NO$_2$to NO in fuel rich region but molybdenum convertor can detect the amount of NOx correctly. The increase of turbulence intensity reduces the thermal NOx less than a half in our experiment and this effect is conspicuous near the nozzle. The conversion rate from NO to NO$_2$and the portion of NO$_2$among NOx are increased with turbulence intensity. These NOx measurements will help to understand the influences of turbulence intensity on NOx formation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.4
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pp.352-356
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2008
In this study of lifted hydrogen jet with coaxial air, we have experimentally studied the characteristics of stabilization point in turbulent diffusion flames. The objectives are to present the phenomenon of a liftoff height decreasing as increasing fuel velocity and to analyse the flame structure and behavior including liftoff mechanisms. The fuel jet exit velocity was changed from 100 up to 300 m/s and a coaxial air velocity was fixed at 16 m/s with a coflow air less than 0.1 m/s. For the simultaneous measurement of velocity field and reaction zone, PIV and OH PLIF technique was used with two Nd:Yag lasers and CCD cameras. It has been suggested that the stabilization of lifted hydrogen diffusion flames was correlated with a turbulent intensity, $S_t{\sim}u^{\prime}$, and jet Reynolds number, $S_t{\sim}Re^{0.017}_{jet}$.
Yan, Zhitao;Zhong, Yongli;Cheng, Xu;McIntyre, Rory P.;Savory, Eric
Wind and Structures
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v.27
no.2
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pp.101-109
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2018
Wall jet flow exists widely in engineering applications, including the simulation of thunderstorm downburst outflows, and has been investigated extensively by both experimental and numerical methods. Most previous studies focused on the scaling laws and self-similarity, while the effect of lip thickness and external stream height on mean velocity has not been examined in detail. The present work is a numerical study, using steady Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) simulations at a Reynolds number of $3.5{\times}10^4$, of a turbulent plane wall jet with an external stream to investigate the influence of the wall jet domain on downstream development of the flow. The comparisons of flow characteristics simulated by the Reynolds stress turbulence model closure (Stress-omega, SWRSM) and experimental results indicate that this model may be considered reasonable for simulating the wall jet. The confined wall jet is further analyzed in a parametric study, with the results compared to the experimental data. The results indicate that the height and the width of the wind tunnel and the lip thickness of the jet nozzle have a great effect on the wall jet development. The top plate of the tunnel does not confine the development of the wall jet within 200b of the nozzle when the height of the tunnel is more than 40b (b is the height of jet nozzle). The features of the centerline flow in the mid plane of the 3D numerical model are close to those of the 2D simulated plane wall jet when the width of the tunnel is more than 20b.
The prediction performance of 9 model sets, which combine 3 turbulent models and 3 combustion models, was investigated numerically for turbulent partially-premixed jet flame. The standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ (SKE), Realizable ${\kappa}-{\varepsilon}$ (RKE) and Reynolds stress model (RSM) were used as a turbulence model, and the eddy dissipation concept (EDC), steady laminar flamelet (SLF) and unsteady laminar flamelet model (ULF) were also adopted as a combustion model. The prediction performance of those 9 model sets was evaluated quantitatively and qualitatively for Sandia D flame of which flame structure was measured precisely. The flame length was predicted as, from longest to shortest, RSM > SKE > RKE, and the RKE predicted the flame length of the jet flame much shorter than experiment. The flame temperature was over predicted by the combination of RSM + SLF or RSM + ULF while the flame length obtained by RSM + SLF and RSM + ULF was well agreed with the experiment. The combination of SKE + SLF and SKE + ULF predicts well the flame length as well as the temperature distribution. The SKE turbulence model was most superior to the other turbulent models, and SKE + ULF showed the best prediction performance for the structure of turbulent partially-premixed jet flame.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.6
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pp.732-742
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1985
Measurements of mean velocity and turbulence characteristics are obtained with a linearized constant temperature hot-wire anemometer in a two-dimensional turbulent jet discharging parallel to a flate. Wall static pressure distribution is also measure. The Reynolds number based on the jet nozzle width (D) is about 42,000 and the step height is 2.5D. The reattachment length is found to be 7.5D by using both wool tuft and oil methods. Upstream of the reattachment point, there exist double coherent structures and mean velocity, Reynolds stresses and triple product profiles are asymmetric about jet center line due to the influence of streamline curvature and recirculating flow region. Near the reattachment point, wall static pressure and turbulence quantities change its shape rapidly because of the large eddies by the solid wall. Especially, turbulence intensity has a maximum value in the reattachment regin, then decreases slowly in the redeveloping wall jet ragion. Downstream of X/D=14, a single large scale eddy structure is formed. Far downstream affer the reattachment(X/D.geq.18) mean velocity profile, the decay of maximum velocity and the variation of jet half width are nearly similar to those of plane wall jet, but the Reynolds stresses are higher than those of the latter.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.10
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pp.1346-1354
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2001
The heat transfer characteristics off swirling air jet impinging on a heated flat plate have been investigated experimentally. The main object is to enhance the heat transfer rate by increasing turbulence intensity of impinging jet with a specially designed swirl generator. The mean velocity and turbulent intensity profiles of swirling jet were measured using a hot-wire anemomety. The temperature distribution on the heated flat surface was measured with thermocouples. As a result the swirl effect on the local heat transfer rate on the impinging plate is confined mainly in the small nozzle-to-plate spacings such as L/D<3 at the stagnation region. For small nozzle-to-plate spacings, the local heat transfer in the stagnation region is enhanced from the increased turbulence intensity due to swirl motion, compared with the conventional axisymmetric impinging jet without swirl. For example, the local Nusselt number of swirling jet with swirl number Sw=0.75 and Sw=1 is about 9.7-76% higher than that of conventional impinging jet at the radial location of R/D=0.5. With the increase of the nozzle-to-plate distance, the stagnation heat transfer rate is decreased due to the diminishing axial momentum of the swirling jet. However, the swirling impinging jet for all nozzle-to-plate spacings tested in this study does not enhance the average heat transfer rate.
The Paper studies the flow and heat transfer characteristics to a jet impinging at different oblique angles, to a plane surface by numerical methods. The flowfield and heat transfer rate associated with the oblique Impingement of an axisymmetric jet are of interest as a result of its presence in numerous technological Problems. For the computation of heat transfer rate, the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ and ${\kappa}-{\varepsilon}-\bar {{\upsilon}'^ 2}$ turbulent model were adapted. The accuracy of the numerical calculations was compared with various experimental data reported in the literature. ${\kappa}-{\varepsilon}-\bar {{\upsilon}'^ 2}$ model showed better agreement with experimental data than standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model in prediction of the turbulent intensity and the heat transfer rate. In the case of computation of flowfield, the study carries on the ${\alpha}=45$ deg, h/D=4.95. The jet Reynolds number based on the nozzle diameter(D), was 48,000. For the computation of heat transfer rate, the Re=20,000, the jet orifice-to-plate spacings(L/D) are 4, 6 and 10, and the angle between the axis of the jet orifice and the plate surface is set at 30, 45, 60, or 90 deg. For the smaller spacings, the near-peak Nusselt numbers are not significantly effected by the initial decreases in the Jet angle. The overall shape of the local Nusselt number x-axis profile is influenced by both the jet orifice-to-plate spacing and the jet angle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.10
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pp.1409-1416
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2000
In this study, turbulent flows in a planar combustor which has a square rib-type flame holder are numerically investigated by Large Eddy Simulation(LES). Firstly, the flow fields with or without jet injection downstream of the flame-holder are examined using uniform inlet velocity. Comparison of the present LES results with experimental one shows a good agreement. Secondly, to investigate mixing of oxidizer(air) and fuel injected behind the flame holder, the scalar-transport equation is introduced and solved. From the instantaneous flow and scalar fields, complex and intense mixing phenomena between fuel and jet are observed. It is shown that the ratio of jet to blocked air velocity is an important factor to determine the flow structure. Especially, when the ratio is large enough, the fuel jet penetrates the main vortices shed from the flame holder, resulting in significant changes in the flow and scalar fields.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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