In order to consider the effect of Karman vortex for mixing, mixing indices are calculated for 4 models of micro channel flows driven from the combinations of a circular cylinder and a oscillating stirrer. And their results are compared to that of a simple straight micro channel flow(model I). The mixing rate is improved 5.5 times by Karman vortex (model II) and 11.0 times by the stirrer(model III) respectively. In case of successive mixing by the cylinder and the stirrer(model IV), $27\%$ of shortening the channel length for the complete mixing as well as 1.37 times improvement of mixing efficiency then model III. And then, variation of mixing indices are much stable comparing with the others. Thus, it is found that the Karman vortex plays a good role as a pre-mixing method. The D2Q9 Lattice Boltzmann methods are used.
A computational analysis using Reynolds stress model in FLUENT is conducted to give a clear understanding of the effect of blade loading on the structure of tip leakage flow in a forward-swept axial-flow fan at design condition ($\phi$=0.25) and off-design condition ($\phi$=0.21 and 0.30). The roll-up of tip leakage flow starts near the minimum static wall pressure position, and the tip leakage vortex developes along the centerline of the pressure trough within the blade passages. Near tip region, a reverse flow induced by tip leakage vortex has a blockage effect on the through-flow. As a result, high momentum region is observed below the tip leakage vortex. As the blade loading increases, the reverse flow region is more inclined toward circumferential direction and the onset position of the rolling-up of tip leakage flow moves upstream. Because the casing boundary layer becomes thicker, and the mixing between the through-flow and the leakage jet with the different flow direction is enforced, the streamwise vorticity decays more fast with blade loading increasing. The computational results show that a distinct tip leakage vortex is observed downstream of the blade trailing edge at $\phi$=0.30, but it is not observed at $\phi$=0.21 and 0.25.
Three dimensional numerical calculation carried out to investigate the eccentricity effect of intake valve on the in-cylinder flow fields for the intake stroke and the compression stroke. During the intake stroke, a corner vortex in the vicinity of the valve exit interacted strongly with a toroidal vortex in the case of axisymmetric valve. But a weak interaction between the corner vortex and the toroidal vortex occurred due to the eccentricity of the valve in the narrow region between valve and cylinder wall in the case of offset valve. During the compression stroke, it was found that a solid body rotation was maintained in the radial-circumferential plane in the case of axisymmetric valve. But a weak secondary vortex was formed in the radial-circumferntial plane in the case of offset valve, because of the interaction between swirl flows and inward flows towards cylinder axis. The calculated turbulence intensity presented a similar trend with the experiental results but, in spite of using the modified k-.epsilon. model, it was found that the qualitative difference between the numerical results and experimental results was large in the region where the velocity gradient is substantial.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권1호
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pp.17-27
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2017
The treatment of rotor wake has been a critical issue in the field of the rotor aerodynamics. This paper presents a new free wake model for the unsteady analysis for a wind turbine. A blade-wake-tower interaction is major source of unsteady aerodynamic loading and noise on the wind turbine. However, this interaction can not be considered in conventional free wake model. Thus, the free wake model named Finite Vortex Element (FVE hereafter) was devised in order to consider the interaction effects. In this new free wake model, the wake-tower interaction was described by dividing one vortex filament into two vortex filaments, when the vortex filament collided with a tower. Each divided vortex filaments were remodeled to make vortex ring and horseshoe vortex to satisfy Kelvin's circulation theorem and Helmholtz's vortex theorem. This model was then used to predict aerodynamic load and wake geometry for the horizontal axis wind turbine. The results of the FVE model were compared with those of the conventional free wake model and the experimental results of SNU wind tunnel test and NREL wind tunnel test under various inflow velocity and yaw condition. The result of the FVE model showed better correlation with experimental data. It was certain that the tower interaction has a strong effect on the unsteady aerodynamic load of blades. Thus, the tower interaction needs to be taken into account for the unsteady load prediction. As a result, this research shows a potential of the FVE for an efficient and versatile numerical tool for unsteady loading analysis of a wind turbine.
반응 및 비반응 유동장에서 단일와동의 전개 및 와(渦) 구조 검토를 위해 2 차원 직접 수치모사를 수행하였다. 수치기법으로는 낮은 마하수 근사법이 적용된 예측-교정자법이 적용되었으며, 연소모텔로는 2단계 총괄 반응식이 사용되었다. 반응 및 비반응 유동장에서 단일와동의 거동 비교를 통해, 와동의 전개특성 및 구조는 화학반응으로부터 생성된 열 뿐만 아니라 부력에 의해 생성된 외부 와동에 크게 영향을 받음을 확인하였다. 또한 반응장의 경우에 부피 팽창항, Baroclinic torque항 및 부력항에 의해 와동의 구조가 크게 변화될 수 있음을 알았다.
항공기에서 발생한 후류의 거동은 항공기의 성능과 비행안정성에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 푸리에-스펙트럴법을 사용하여 근접 편대비행을 하고 있는 항공기 날개 후류 거동에 관하여 연구하였다. 초기와의 순환강도, 상대위치 등에 따라 와들의 거동이 복잡한 양상으로 나타났다. 와의 순환강도 값이 큰 경우 와들의 이동이 크게 나타났다. 초기에는 가까이 위치한 와의 영향을 받아 이동하지만 이동하는 과정에서 다른 와와 가깝게 되면 새로운 경로를 형성하였다. 점성이 클수록 와의 반경이 증가하여 와 반경 근처로 새롭게 진입하는 와와 상호작용이 강해진다. 향후 항공기가 이착륙 시에 발생하는 지면 효과를 고려한 후류 거동 해석 연구를 수행하고자 한다.
In this paper a numerical study was performed for the effect of the wall curvature on the behaviors of fuel sprays impinging on the concave Surface. Actually, in the real diesel engines, a piston head has a curved shape for the purpose of the controlling the movement of fuel droplets and the mixture formation. For past decades, although many experimental and numerical works had been performed on the spray/wall impingement phenomena, the curvature effect of impinged wall was rarely investigated. The wall curvature affects on the behaviors of the secondary droplets generated by impingement and the concave wall obstructs the droplets to advance from the impinging site to outward. In present study, the simulation code was validated for the flat surface case and three cases of the different curvature were calculated and compared with the flat surface case for several parameters, such as the spray radius, the spray height and the position of vortex center of gas phase. The simulation results showed that the radial advance of the wall spray and the vortex is decreased with increasing the curvature. It was concluded that the curvature of the impinged wall significantly affects the behaviors of both the gas-phase and the droplet-phase.
An object of this study is to confirm application characteristics of the vortex tube apparatus for substitution of the intercooler in a common-rail diesel engine. The turbo pressure, the intake air mass flow rate and the charging air cooling ratio of the intercooler were measured in an experimental engine. The vortex tube apparatus was made after confirmation of the geometric phenomena in fundamental experiments. The vortex tube designed with fundamental data was applied to a conventional common-rail diesel engine instead of the intercooler. Its application characteristics, engine performances and emissions were investigated. From this experimental results, we suggested the vortex tube can be applied to a conventional common-rail diesel engine throughout extra complement. We can also expect the higher cooling effect, if we consider the application of the vortex tube in supercharging diesel engine without the intercooler.
볼텍스 튜브는 고압의 가스를 이용하여 고온 가스와 저온 가스를 분리하거나 입자상 물질의 분리에 사용 할 수 있는 장치이다. 본 연구에서는 직경 10mm의 볼텍스 튜브의 기본 설계 자료를 구축하기 위하여 에너지 분리 성능 실험을 수행하였다. 설계를 위한 기초 자료를 확보하기 위하여, 공급압력, 볼텍스 발생기의 오리피스 직경 및 튜브의 길이가 에너지 분리 특성에 미치는 영향력을 실험을 통하여 분석하였다. 결과적으로 오리피스 직경과 공급압력이 볼텍스 튜브의 성능의 지배적인 성능인자임을 확인하였다. 튜브길이가 성능에 미치는 영향은 미미하였다. Dc=0.7D, L=16D의 볼텍스 튜브에서 가장 우수한 에너지 분리효과를 얻을 수 있었다.
When vortex tubes are applied to enhance the coefficient of performance of refrigeration system, the smaller one is preferable. However, the existing vortex generator with a nozzle hole diameter of 0.5mm was not suitable due to chocking of the nozzle hole. Therefore, experimental investigation was made to find an appropriate geometry of vortex generator, which could give a comparable effect of energy separation to commercial ones without chocking problem. The tested vortex generators were tangential and spiral types, which had single inducing channel with larger cross-sectional area than that of conventional multi-hole ones. The experimental result showed that the performance of the spiral type was better than that of the tangential one. As a small size of spiral one, the diameter of cold-end orifice is proposed to an half of tube diameter for the application to refrigeration system, while cold mass fraction ratio is 0.5∼0.6 for a desirable operation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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