A numerical study was conducted to determine the effects of high temperature air, including equivalent ratio on flow field, temperature, evaporation, and overall temperature distribution in gas turbine combustor. A sector model of a typical wall jet can combustor, featuring introduction of primary air and dilution air via wall jet, was used in calculations. Flow field and temperature distribution were analyzed. Operating conditions such as inlet temperature and overall equivalent ratio were varied from 373 to 1300 K, and from 0.3 to 0.6, respectively, while any other operating conditions were fixed. The RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ model and eddy breakup model were used for turbulence and combustion model respectively. It was found that the increase with the inlet air temperature, velocity in the combustor is accelerated and evaporation of liquid fuel is not affected in primary zone, high temperature inlet air enhances the evaporation and improves overall temperature distribution factor.
In this work, numerical parametric studies on spray combustion have been conducted. In simulation of turbulence, RNG ${\kappa}-{\varepsilon}model$ is adopted. Initial spray distribution is specified by Rosin-Rammler distribution function. Eddy break-up model is adopted as a combustion model. The parameters considered are inlet air temperature, swirl number, and SMD. With higher inlet air temperature, the axial velocities are increased and penetration of primary jet is stronger than that of lower inlet air temperature and temperature at the exit of combustor is more uniform. Combustion efficiency is improved with high inlet air temperature. The effect of swirl number on flow field is not significant. It affect only recirculation zone. So temperature at upstream of combustor is influenced. Combustion efficiency deteriorate as SMD of fuel spray increase.
In oder to analyze the effect of operating conditions on pulverized coal combustion, a numerical study is conducted at the pulverized coal combustor. Eulerian approach is used for the gas phase, whereas Lagrangian approach is used for the particle phase. Turbulence is modeled using standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model. The description of species transport and combustion chemistry is based on the mixture fraction/probability density function(PDF) approach. Radiation is modeled using P-l model. The turbulent dispersion of particles is modeled using discrete random walk model. Swirl number of secondary air affects the flame front, particle residence time and carbon conversion. Primary/Secondary air mass ratio also affects the flame front but little affects the carbon conversion and particle residence time. Air-fuel ratio only affects the flame front due to lack of oxygen. Radiation strongly affects the flame front and gas temperature distribution because pulverized coal flame of high temperature is considered.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.2
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pp.149-159
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2017
In this study, the numerical investigation of ship motions and added resistance at constant forward velocity of KVLCC2 model is presented. Finite volume CFD code is used to calculate three dimensional, incompressible, unsteady RANS equations. Numerical computations show that reliable numerical results can be obtained in head waves. In the numerical analyses, body attached mesh method is used to simulate the ship motions. Free surface is simulated by using VOF method. The relationship between the turbulence viscosity and the velocities are obtained through the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model. The numerical results are examined in terms of ship resistance, ship motions and added resistance. The validation studies are carried out by comparing the present results obtained for the KVLCC2 hull from the literature. It is shown that, ship resistance, pitch and heave motions in regular head waves can be estimated accurately, although, added resistance can be predicted with some error.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.2
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pp.1-9
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1999
Applicability of the pressure gradient method which is formulated based on pressure gradient is verified against turbulent flow analysis. In the pressure gradient method, pressure gradient instead of pressure itself is obtained using continuity constraint. Since correct pressure gradient is found only when mass conservation is satisfied, pressure gradient method can reflect physics of flow field properly The pressure gradient method is formulated with semi-staggered grid system which locates each primitive variables on the same grid point but evaluates pressure gradient in-between. This grid system ensures easy programming and reflection of correct physics in analysis. For verifying applicability of this method, the pressure gradient method is applied to turbulent flow analysis with low Reynolds number $\kappa$-$\varepsilon$ model. Turbulent flows include fully developed channel flow, backward-facing step flow, and conical diffuser flow. Prediction results show that the pressure gradient method can be applied to turbulent flow analysis. However, the pressure gradient method requires somewhat long computation time. Proper way to find optimum under-relaxation factor, $\gamma$, is also need to be developed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.599-602
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2008
This paper deals with the optimization of Gas-Gas-Heater elements for desulfurization equipment through flow analysis. The flow analysis model used in the paper is ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent flow model. Temperature and flow velocity distributions for three types of panel elements are calculated. Through the analysis the following conclusions are obtained. Firstly, pressure differences of between inlet and outlet for three types of panel elements do not exceed in the standard pressure difference. Secondly, it is expected that NU-type panel element having wide area of heat transfer will be more effective in the aspect of the heat transfer.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.29
no.1
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pp.33-39
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2012
A numerical simulation of plume from a stack into atmospheric cross flow is investigated using a two-dimension model. The simulation is based on the ${\kappa}{\sim}{\varepsilon}$ turbulence model and a finite volume method. In this paper, it mostly researches how the wind velocity affects the flue gas diffusion from an 80 m high stack. Wind velocity is one of the most important factors for flue gas diffusion. The plume shape size, the injection height, the NO pollutant distribution and the concentration at the near ground are presented with two kinds of wind velocities, 1 m/s and 5 m/s. It is found that large wind velocity is better for flue gas diffusion, it generates less downwash. Although the rise height is lower, the pollutant dilutes faster and more sufficient.
This is the second of two papers on the 3D numerical modeling of nearshore hydro- and morphodynamics. In Part I, the focus was on surf and swash zone hydrodynamics in the cross-shore and longshore directions. Here, we consider nearshore processes with an emphasis on the effects of oceanic forcing and beach characteristics on sediment transport in the cross- and longshore directions, as well as on foreshore bathymetry changes. The Delft3D and XBeach models were used with four turbulence closures (viz., ${\kappa}-{\varepsilon}$, ${\kappa}-L$, ATM and H-LES) to solve the 3D Navier-Stokes equations for incompressible flow as well as the beach morphology. The sediment transport module simulates both bed load and suspended load transport of non-cohesive sediments. Twenty sets of numerical experiments combining nine control parameters under a range of bed characteristics and incident wave and tidal conditions were simulated. For each case, the general morphological response in shore-normal and shore-parallel directions was presented. Numerical results showed that the ${\kappa}-{\varepsilon}$ and H-LES closure models yield similar results that are in better agreement with existing morphodynamic observations than the results of the other turbulence models. The simulations showed that wave forcing drives a sediment circulation pattern that results in bar and berm formation. However, together with wave forcing, tides modulate the predicted nearshore sediment dynamics. The combination of tides and wave action has a notable effect on longshore suspended sediment transport fluxes, relative to wave action alone. The model's ability to predict sediment transport under propagation of obliquely incident wave conditions underscores its potential for understanding the evolution of beach morphology at field scale. For example, the results of the model confirmed that the wave characteristics have a considerable effect on the cumulative erosion/deposition, cross-shore distribution of longshore sediment transport and transport rate across and along the beach face. In addition, for the same type of oceanic forcing, the beach morphology exhibits different erosive characteristics depending on grain size (e.g., foreshore profile evolution is erosive or accretive on fine or coarse sand beaches, respectively). Decreasing wave height increases the proportion of onshore to offshore fluxes, almost reaching a neutral net balance. The sediment movement increases with wave height, which is the dominant factor controlling the beach face shape.
A Computational Fluid Dynamics model is presented in this study for the simulation of the complex fluid flows with free surfaces inside the Tuned Liquid Column Dampers in horizontal motion. The characteristics of the fluid model of the TLCD in horizontal motion include the free surface of the multiphase flow and the horizontal moving frame. In this study, the time depend unsteady Standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model based on Navier-Stokes equations is chosen. The volume of fluid (VOF) method and sliding mesh technique are adopted to track the free surface of water inside the vertical columns of TLCD and treat the moving boundary of the walls of TLCD in horizontal motion. Several model solution parameters comprising different time steps, mesh sizes, convergence criteria and discretization schemes are examined to establish model parametric independency results. The simulation results are compared with the experimental data in the dimensionless amplitude of the water column in four different configured groups of TLCDs with four different orifice areas. The predicted natural frequencies and the head loss coefficient of TLCDs from CFD model are also compared with the experimental data. The predicted numerical results agree well with the available experimental data.
Large eddy simulation(LES) methodology used to model the isothermal swirling flows in a dump combustor and the turbulent premixed flame in a model gas turbine combustor. The LES solver was implemented on parallel computer consisting 16 processors. In isothermal flow simulation, the results was compared with that of ${\kappa}-{\varepsilon}$ model as well as experimental data, in order to verify the capability of LES code. To model the turbulent premixed flame in a gas turbine, the G-equation flamelet model was used. The results showd that LES and RANS well predicted the mean velocity field of a non-swirling flow. However, in swirling flow, LES showed a better performance in predicting the mean axial and azimuthal velocities, and the central recirculation zone than those of RANS. In a model gas turbine combustor, the operation condition of high pressure and temperature induced the different phenomena, such as flame length and flow-field information, comparing with the condition of ambient pressure and temperature. Finally, it was identified that the flame and heat release oscillations are related to the vortex shedding generated by swirl flow and pressure wave propagation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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