Kim, Hyeon-Jun;Hong, Jung-Goo;Kim, Dae-Hee;Shin, Hyun-Dong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.9
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pp.659-668
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2008
Combustion instability has been considered as very important issue for developing gas turbine and rocket engine. There is a need for fundamental understanding of combustion instability. In this study, combustion instability was numerically and experimentally investigated in a dump combustor with bluff body. The fuel and air mixture had overall equivalence ratio of 0.9 and was injected toward dump combustor. The pressure oscillation with approximately 256Hz was experimentally obtained. For numerical simulation, the standard k-$\varepsilon$ model was used for turbulence and the hybrid combustion model (eddy dissipation model and kinetically controlled model) was applied. After calculating steady solution, unsteady calculation was performed with forcing small perturbation on initial that solution. Pressure amplitude and frequency measured by pressure sensor is nearly the same as those predicted by numerical simulation. Furthermore, it is clear that a combustion instability involving vortex shedding is affected by acoustic-vortex-combustion interaction. The phase difference between the pressure and velocity is $\pi$/2, and that between the pressure and heat release rate is in excitation range described by Rayleigh, which is obvious that combustion instability for the bluff body combustor meets thermoacoustic instability criterion.
Kim Jaeheon;Cheong Cheolung;Kim SungTae;Lee Soogab
Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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spring
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pp.469-474
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2002
In recent years, modularization of engine parts has increased the application of plastic products in air intake systems. Plastic intake manifolds provide many advantages including reduced weight, contracted cost, and lower intake air temperatures. These manifolds, however, have some weakness when compared with customary aluminium intake manifolds, in that they have low sound transmission loss because of their lower material density. This low transmission loss of plastic intake manifolds causes several problems related to flow noise, especially when the throttle is opened quickly. The physical processes, responsible for this flow noise, include turbulent fluid motion and relative motion of the throttle to the airflow. The former is generated by high-speed airflow in the splits between the throttle valve and the inner-surface of the throttle body and surge-tank, which can be categorized into the quadrupole source. The latter induces the unsteady force on the flow, which can be classified into the dipole source. In this paper, the mechanism of noise generation from the turbulence is only investigated as a preliminary study. Stochastic noise source synthesis method is adopted for the analysis of turbulence-induced, i.e. quadrupole noise by throttle at quick opening state. The method consists of three procedures. The first step corresponds to the preliminary time-averaged Navier-Stokes computation with a $k-\varepsilon$ turbulence model providing mean flow field characteristics. The second step is the synthesis of time-dependent turbulent velocity field associated with quadrupole noise sources. The final step is devoted to the determination of acoustic source terms associated with turbulent velocity. For the first step, we used market available analysis tools such as STAR-CD, the trade names of fluid analysis tools available on the market. The steady state flows at three open angle of throttle valve, i.e. 20, 35 and 60 degree, are numerically analyzed. Then, time-dependent turbulent velocity fields are produced by using the stochastic model and the flow analysis results. Using this turbulent velocity field, the turbulence-originated noise sources, i.e. the self-noise and shear-noise sources are synthesized. Based on these numerical results, it is found that the origin of the turbulent flow and noise might be attributed to the process of formulation and the interaction of two vortex lines formed in the downstream of the throttle valve. These vortex lines are produced by the non-uniform splits between the throttle valve and inner cylinder surface. Based on the analysis, we present the low-noise design of the inner geometry of throttle body.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.34
no.5
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pp.645-652
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2010
The aim of this investigation was study on the non-evaporation diesel spray characteristics injected through a common-rail diesel injector under various ambient pressure. The diesel spray was investigated with observation of macroscopic characteristics such as spray tip penetration and spray cone angle by the shadowgraph and the image processing method. The numerical study was conducted using a computational fluid dynamics code, AVL-FIRE. The breakup models used were WAVE model and standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model was applied. The numerical study used input data which spray cone angle and fuel injection rate was achieved by Zeuch's method. Comparison with experimental result such as spray tip penetration was good agreement. Distribution of droplet diameter were conducted on four planes where the axial distances were 5, 15, 39 and 49mm respectively downstream from the orifice exit.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.4
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pp.366-373
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2014
A conceptual design of a three-surface strike fighter was studied and stealth performance was taken into account to enhance survivability and battle effectiveness. CATIA was used to design the aircraft's three-dimensional prototype model and the weapon carriage arrangement was also studied. The aircraft's RCS characteristics and distributions under X, S, C, and L bands were simulated using the RCSPlus software, which is based on the PO method. Pressure and velocity distributions of the flow field were also simulated using CFD. A turbulence model was based on standard $k-{\varepsilon}$ function and N-S functions were used during the CFD computation. Lift coefficients, drag coefficients, and lift-to-drag ratio were obtained by aerodynamic simulation. The results showed that: (1) the average value of head-on RCS between ${\pm}30^{\circ}$ is below -3.197 dBsm, and (2) the lift coefficient is 0.34674, the drag coefficient is 0.04275, and the lift-to-drag ratio is 8.11087 when the attack angle is $2.5^{\circ}$.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.1
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pp.1-5
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2012
Recently, with increasing container ships' volume continuously, the conceptual design "Smart Harbor" of newly logistics processing system has been suggested. It is necessary to estimate resistance and horsepower for the selection of an appropriate propulsor at the initial design stage of Smart Harbor. In this study, CFD and the circulating water channel of the University of Ulsan are employed for estimating the resistance of the Smart Harbor Crane Ship with 1/100 scaled model. Two turbulent models are used. One is realizable k-${\varepsilon}$and the other is Reynolds stress turbulence model. In addition, the effects of the change in y+ and the number of meshes are considered during analysing.
Temperature is the most influential environment parameter which affects the quality change of agricultural products in cold storage. Therefore, it is essential to keep the uniform temperature distribution in the storage room. This study was performed to analyze the air movement and temperature distribution in the forced recirculating cold storage facility and to simulate optimum storage method of green groceries using 3-D CFD(three dimensional computational fluid dynamics) computer simulation which applied the standard $textsc{k}$-$\varepsilon$ turbulence model and FVM(finite volume method). The simulation was validated by the experimental results for onion storage and the simulation model was used to simulate the temperature and velocity distribution in the storage room with reference to the change of storage method such as location of storage, no stores, bulk storage, and pallet storage. In case of no stores, internal airflow was circulated without stagnation and consequently air movement and temperature distribution were uniform. In case of bulk storage, air movement was stagnated so much and temperature distribution of onion was not uniform. Furthermore, the inner temperature of onion roses more than the initial temperature of storage. In case of pallet storage, air movement and temperature distribution of onion were so uniform that the danger of quality change was decreased.
Centrifugal pumps consume considerable amount of energy in various industrial applications. Therefore, improvement of the efficiency of these machines has become a major challenge. Cavitation is a phenomenon which decreases the pump efficiency and even causes structural demage. Hence, the goal of this paper is to investigate the cavitation problem in the single-stage and double-stage centrifugal pumps. The Volume of Fraction (VOF) method has been used for the numerical simulations together with Rayliegh-Plesset model for the gas-liquid two-phase flow inside the pump. In order to capture the turbulent phenomena, the standard k-${\varepsilon}$ turbulence model has been adopted, and the simulations have been done as unsteady cases. In addition, the motion of the rotating parts has been simulated using Multi Reference Frame(MRF) method. The results are presented and compared in terms of hydraulic head and NPSH for both the single-stage and double-stage pumps. The H-Q curves show the effects of cavitation on decreasing the pumps performances.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.85-96
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2011
Steady state computations are routinely used by design engineers to evaluate and compare losses in hydraulic components. In the case of the draft tube diffuser, however, experiments have shown that while a significant number of operating conditions can adequately be evaluated using steady state computations, a few operating conditions require unsteady simulations to accurately evaluate losses. This paper presents a study that assesses the predictive capacity of a combination of steady and unsteady RANS numerical computations to predict draft tube losses over the complete range of operation of a Francis turbine. For the prediction of the draft tube performance using k-${\varepsilon}$ turbulence model, a methodology has been proposed to average global performance indicators of steady flow computations such as the pressure recovery factor over an adequate number of periods to obtain correct results. The methodology will be validated using two distinct flow solvers, CFX and OpenFOAM, and through a systematic comparison with experimental results obtained on the FLINDT model draft tube.
A computational fluid dynamics model for predicting moderator circulation inside the Canada deuterium uranium (CANDU) reactor vessel has been developed to estimate the local subcooling of the moderator in the vicinity of the calandria tubes. The buoyancy effect induced by the internal heating is accounted for by the Boussinesq approximation. The standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model with logarithmic wall treatment is applied to predict the turbulent jet flows from the inlet nozzles. The matrix of the calandria tubes in the core region is simplified to a porous media in which the anisotropic hydraulic impedance is modeled using an empirical correlation of pressure loss. The governing equations are solved by DFX-4.4, a commercial CFD code developed by AEA technology. The resultant flow patterns of the constant-z slices containing the inlet nozzles and the outlet port are "mined-type", as observed in the former 2-dimensional experimental investigations. With 103% full power for conservatism, the maximum temperature of the moderator is $82.9^{\circ}C$ at the top of the core region. Considering the hydrostatic pressure change, the minimum subcooling is $24.8^{\circ}C$.
Numerical analysis was peformed for the two-dimensional turbulent natural convection for a long horizontal line with different end temperatures. The turbulent model has been applied a standard k-$\varepsilon$ two equation model of turbulence similar to that the proposed by the Launder and Spalding. The dimensionless governing equations are solved by using SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations) algorithm which is developed using control volumes and staggered grids. The numerical results are verified by comparison with the operating PWR test data. The analysis focuses on the effects of variation of the heat transfer rates at the pipe surface, the thermal conductivities of the pipe material and the thickness of the pipe wall on the thermal stratification. The results show that the heat transfer rate at the pipe surface is the controlling parameter for mitigating of thermal stratification in the long horizontal pipe. A significant reduction and disappearance of the thermal stratification phenomenon is observed at the Biot number of 4.82$\times$10$^{-1}$ . The results also show that the increment of the thermal conductivity and thickness of the wall weakens a little the thermal stratification and somewhat reduces temperature gradient of y-direction in the pipe wall. These effects are however minor, when compared with those due to the variation of the heat transfer rates at the surface of the pipe wall.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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