Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.10
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pp.966-978
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2011
Transpiration cooling is the most effective cooling technique for the high-performance liquid rockets and air-breathing engines operating in aggressive environments with higher pressures and temperatures. When applying transpiration cooling, combustor liners and turbine blades/vanes are cooled by the coolant(air or fuel) passing through their porous walls and also the exit coolant acting as an insulating film. Practical implementation of the cooling technique has been hampered by the limitations of available porous materials. But advances in metal-joining techniques have led to the development of multi-laminate porous structures such as Lamilloy$^{(R)}$ fabricated from several diffusion-bonded, etched metal thin sheets. And also with the availability of lightweight, ceramic matrix composites(CMC), transpiration cooling now seems to be a promising technique for high-performance engine cooling. This paper reviews recent research activities of transpiration cooling and its applications to gas turbines, liquid rockets, and the engines for hypersonic vehicles.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.4
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pp.304-310
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2015
Pintle thrusters use pintle stroke to change nozzle throat area, and this controls thrust. Using MATLAB, one-dimensional simulation has been investigated and the results are compared to those of cold flow tests and computational fluid dynamics for the pintle thruster of Chungnam National University. The prediction based on one-dimensional flow theory shows good agreement with measurements for chamber pressure, but deviates for thrust, partly because of nozzle wall separation. Computational results show that nozzle wall separation occurs at an early stage of nozzle expansion, near the design nozzle throat, for the course of pintle strokes. Empirical thrust prediction incorporates nozzle wall separation, and thus 1-D simulation using empirical thrust prediction showed good results for an early stage of pintle stroke.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.11a
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pp.235-240
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2010
Transpiration cooling is the most effective cooling technique for liquid rocket and air-breathing engines operating in aggressive environments with higher pressures and temperatures. Combustor liners and turbine vanes are cooled by the coolant(air or fuel) passing through their porous walls and also the exit coolant acting as an insulating film. However, its practical implementation has been hampered by the limitations of available porous materials. The search for more practical methods of increasing the internal heat transfer within the walls has led to the development of multi-laminate porous structures, such as Lamilloy$^{(R)}$ and Transply$^{(R)}$. This paper reviews recent research activities of transpiration cooling for the propulsions of liquid rocket, gas turbine, and scramjet.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.6
no.6
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pp.468-472
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2005
In order to prevent adhering of molten glass on a mold wall, the wall is swabbed with lubricant oil before forming. However, the swabbing process can be removed from the entire processes of the glass forming if the mold wall is made of a porous sintered material. The purpose of the present study is to manufacture a sintered material(having a sintered density of $85{\~}90\%$)which is the most appropriate into. plane material for a glass mold. For the research, SUS310L-based coarse powder (${\~}150{\mu}m$) and SUS420J2-based fine powder ($40{\~}50{\mu}m$) were used for the compact materials, and effects of compaction pressure and sintering condition(atmosphere, temperature) were investigated. The results obtained were as fellows. (1) By means of solid phase sintering, a desired sintering density could not be achieved in any case when using a 310L-based powder having a large particle size. (2) When sintering green compacts(compaction pressure of $2ton/cm^2$) in a commercial vacuum furnace(at $1300^{\circ}C$ for 2 hours), the sintered compacts had densities of $6.2g/cm^3(79\%)$ for 310L + 0.03$\%$B, $6.6g/cm^3 (86\%)$ for 420J2, $7.3g/cm^3(95\%)$ for 420J2+(0.03)$\%$B, and $7.6g/cm^3(99\%)$ for 420j2+(0.06)$\%$B, respectively. As a result, it is regarded that sintered compacts having a desired porosity may be achieved by vacuum sintering the 420J2-based powder (low pressure compaction) and the 310L+0.03$\%$B-based powder (high pressure compaction).
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.5
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pp.619-627
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2018
As ships become faster, larger and are required to meet higher standards, the importance of flow noise is highlighted. However, unlike in the aeroacoustics field for airplanes and trains (where flow noise is considered in design), acoustics are not considered in the marine field. In this study, analysis procedures for hull-induced flow noise are established to investigate the flow noise characteristics of a wave-piercing hull form that can negate the effect of wave-breaking. The principal mechanisms behind hull-induced flow noise are fluid-structure interactions between complex flows underneath the turbulent boundary layer and the hull. Noise induced by the turbulent boundary layer was calculated using wall pressure fluctuation and energy flow analysis methods. The results obtained show that noise characteristics can be distinguished by frequency range and hull region. Also, the low-frequency range is affected by hull forms such that it is correlated with ship speed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.7
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pp.607-618
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2014
An experimental investigation of turbulent heat transfer during the vertical upward flow of supercritical $CO_2$ was conducted in a circular tube with inner diameter of 4.5 mm. The experiments were conducted at bulk fluid temperatures ranging from 29 to $115^{\circ}C$, pressures from 74.6 to 102.6 bar, local wall heat fluxes from 38 to $234kW/m^2$, and mass fluxes from 208 to $874kg/m^2s$. At moderate wall heat and low mass fluxes, the wall temperature had a noticeable peak value. For observing the buoyancy and flow acceleration effects on heat transfer, the ratios of Nusselt numbers from the experimental data and a reference correlation were compared with the $Bo^*$ and $q^+$ distributions. The flow acceleration parameter $q^+$ appropriately represented the heat transfer phenomena in the experiments. A new heat transfer correlation for the vertical upward flow of the supercritical pressure fluid was developed, and was found to agree with the experimental data with an error margin of ${\pm}30%$.
In local underground mines heavily depending on the natural ventilation, ducted fan auxiliary ventilation system is strongly recommended instead of the total mine ventilation system requiring large capital and operating costs. Optimizing the installation of ducted fans in series in long large-opening mines is required to assure the economy and efficiency of the ventilation system. The two most critical design parameters for optimization are the wall separation distance and gap length between adjoining ducts. This study aims at deriving the optimal values for those two parameters concerning the economic and environmental aspects through the extensive CFD analysis, which minimizes pressure loss, leakage and entrainment of the contaminated air in the gap space. The ranges of the wall separation distance and gap length for study are selected by taking into consideration the existing recommendations and guidelines. The ultimate goal is to optimize the auxiliary ventilation system using ducted fans in series to provide a reliable and efficient solution to maintain clean and safe workplace environment in local long underground mines.
Ku, Garam;Lee, Songjune;Kim, Kuksu;Cheong, Cheolung
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.36
no.5
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pp.314-320
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2017
A pressure relief valve is generally used to prevent piping systems from being broken due to high pressure gas flows. However, the sudden pressure drop caused by the pressure relief valve produces high acoustic energy which propagates in the form of compressible acoustic waves in the pipe and sometimes causes severe vibration of the pipe structure, thereby resulting in its failure. In this study, internal aerodynamic noise due to valve flow is estimated for a simple contraction-expansion pipe by combining the LES (Large-Eddy Simulation) technique with the wavenumber-frequency analysis, which allows the decomposition of fluctuating pressure into incompressible hydrodynamic pressure and compressible acoustic pressure. In order to increase the convergence, the steady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations are numerically solved. And then, for the unsteady flow analysis with high accuracy, the unsteady LES is performed with the steady result as the initial value. The wavenumber-frequency analysis is finally performed using the unsteady flow simulation results. The wavenumber-frequency analysis is shown to separate the compressible pressure fluctuation in the flow field from the incompressible one. This result can provide the accurate information for the source causing so-called acoustic-induced-vibration of a piping system.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.1
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pp.345-350
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2017
Downsizing is widely applied to diesel engines in order to improve fuel efficiency and reduce exhaust emissions. Engine sizes are becoming smaller but pressure and temperature inside combustion chambers are increasing. Therefore, research for fuel spray under high pressure and temperature conditions is important. A constant volume chamber which simulates high temperature and pressure likely to be found in diesel engines was developed in this study. Pressure and temperature were increased abruptly because of ignition of the pre-mixture in the constant volume chamber. Then pressure and temperature were gradually decreased due to the heat loss through the chamber wall. Fuel spray occurred when temperature and pressure were reached at the target condition. In this experiment, the temperature condition should be exactly defined to understand the relation between fuel evaporation and ambient temperature. A fast response thermocouple was developed and used to measure the temporal and spatial temperature distribution during the combustion process inside the combustion chamber. In the results, the core temperature was slightly higher than the bulk temperature calculated by the gas equation. Ed-note: do you want to say 'ideal gas equation'? This was attributed to the heat transfer loss through the chamber wall. The vertical temperature deviation was higher than the horizontal temperature deviation by 5% which resulted from the buoyancy effect.
Purpose: Pipes are widely used as applied devices in many industrial fields such as machinery, electronics, electricity, and plants, and are also widely used in safety-related fields such as firefighting and chemistry. With the diversification of products, the importance of technology in the piping field is also increasing. In particular, when changing the existing copper pipe to stainless steel, it is necessary to evaluate safety and flow characteristics through structural analysis or flow analysis. Method: This study investigated the safety by flow analysis of the 6.35 inch socket model, which are integrated insert type connectors developed by a company, using CFD analysis technique. For CDF analysis, RAN model and LES model are used. Result: As results of the analysis, amplitude of the pressure fluctuation acting on the wall of the piping system is formed at a level of 3,780 Pa or less, which is a very small level of pressure compared with the operating pressure or design stress of the refrigerant piping. Conclusion: These results mean that the effect of vibration caused by turbulence on the structural safety of the pipe is negligible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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