The mear field structure of round turbulent jets with initially asymmetric velocity distributions is investigated experimentally. Experiments are carried out using a constant temperature hot-wire anemometry system to measure streamwise velocity in the jets. The measurements are undertaken across the jet at various streamwise stations in a range starting from the jet exit plane and up to a downstream location of twelve diameters. The experimental results include the distributions of mean and instantaneous velocities, vorticity field, turbulence intensity, and the Reynolds shear stresses. The asymmetry of the jet exit plane was obtained by using circular cross-section pipes with a bend upstream of the exit. There pipes used here include a straight pipe, and 90 and 160 degree-bend pipes. Therefore, at the upstream of the upstream of the pipe exit, secondary flow through the bend mean streamwise velocity distribution could be controlled by changing the curvature of pipes. The jets into the atmosphere have two levels of initial velocity skewness in addition to an axisymmetric jet from a straight pipe. In case of the curved pipe, a six diameter-long straight pipe section follows the bend upstream of the exit. The Reynolds number based on the exit bulk velocity is 13,400. The results indicate that the near field structure is considerably modified by the skewness of an initial mean velocity distribution. As the skewness increases, the decay rate of mean velocity at the centerline also increases.
A numerical analysis of axisymetric backward facing step main nozzle flow in air jet loom has been accomplished. To obtain basic design data for an optimum main nozzle for an air-jet loom and to predict the transonic/supersonic flow, a characteristic based upwind flux difference splitting compressible Navier-Stokes method has been used. The wall static pressure of the main nozzle and the flow velocity changes in the nozzle tube were analyzed by changing air tank pressures and acceleration tube lengths. The flow inside the nozzle experiences double choking one at the needle tip and the other at the acceleration tube exit at tank pressures over $4kg_f/cm^2$. The tank pressure $P_t$ leading to the critical condition depends on the acceleration tube length; i.e, $P_t$ is higher for longer acceleration tubes. The $P_t$ value required to bring the acceleration tube exit to the critical condition is nearly constant regardless of acceleration tube length. The round needle tip shape might lead to less total pressure loss when compared with step shape.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.2
no.3
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pp.10-19
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1998
When an under-expanded supersonic jet impinges on an inclined flat surface, a complex flow structure is established due to the intersection between the flat surface and the shock system of the free jet. This study reports on an experimental results of flows due to under-expanded axisymmetric sonic jets impinging on flat plate. Plate inclination from $60^{\cire}$~$90^{\cire}$ were investigated by means of detailed measurements of the surface pressure and schlieren photograph and surface flow visualization. The schlieren photograph are consistent with the pressure distribution and the surface flow visualization pictures are clearly related to the pressure distributions. The maximum wall pressure is found to be large on the inclined plate than on the perpendicular plate.
The local heat transfer rate of an axisymmetric submerged air jet impinging on normal to a heated flat plate was investigated experimentally with varying solidity of mesh screen. The mean velocity and turbulent Intensity profiles of streamwise velocity component were measured using a hot-wire anemometry. The temperature distribution on the heated flat surface was measured with thermocouples. The screen installed in front of the nozzle exit(behind of 35mm) modify the jet flow structure and local heat transfer characteristics. For higher solidity screen, turbulence intensity at core lesion is high and increases the local heat transfer rate at nozzle-to-plate spacings(L/D<6). For larger nozzle-to-plate spacings(L/D>6), however, the turbulent Intensities of all screens tested in this study approach to an asymptotic curve, but the small mean velocity at the core region reduces the local heat transfer rate for high solidity screens.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.4
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pp.519-525
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2000
The effect of nozzle diameter on the local Nusselt number distributions has been investigated for an axisymmetric turbulent jet impinging on the flat plate surface. The flow at the nozzle exit has a fully developed velocity profile. A uniform heat flux boundary condition at the plate surface was created using gold film Intrex. Liquid Crystal was used to measure the plate surface temperature. The experiments were made for the jet Reynolds number (Re) 23,000, the dimensionless nozzle to surface distance (L/d) from 2 to 14, and the nozzle diameter (d) from 1.36 to 3.40 cm. The results show that the Nusselt number at and near the stagnation point increase with an increasing value of the nozzle diameter.
Discharge flows from a centrifugal pump impeller with a specific speed of 150 [rpm, m$^3$/min, m] were experimentally investigated. A large axisymmetric collector instead of a volute casing was installed to obtain circumferentially uniform flow, i.e. without interaction of the impeller and the volute. The unsteady flow was measured at the impeller exit and vaneless diffuser using a hot film probe and a pressure transducer. The flow at impeller exit showed pronounced jet-wake flow patterns. The wake, which was on the suction/hub side at high flow rate, became enlarged pitchwisely on both the hub and the shroud side as the flow rate decreases. The pitchwise non-uniformity of the flow rapidly decreased along the downstream and the non-uniformity almost disappeared at radius ratio of 1.18 for medium flow rate. The mean vaneless diffuser flow was reasonably predicted using a one dimensional analysis when an empirical constant was used to specify the skin friction coefficient. The data can be used for a centrifugal pump impeller design and validation of CFD codes and flow modeling.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.2
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pp.204-213
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2000
This study deals with jet impingement, which is extensively used in the process industries to achieve intense heating, cooling or drying rates and also widely employed as a test flow for turbulent models due to its complex flow configuration, on a flat plate by numerical methods. In this calculation, the finite volume method was employed to solve the Navier-stokes equation based on the non-orthogonal coordinate with non-staggered variable arrangement. To get a better understanding for the fluid flow and heat transfer characteristics of the turbulent jet impingements, $k-{\varepsilon}-{\overline{v^{'2}}}$ turbulent model was adapted and compared with the experimental data and the result of standard $k-{\varepsilon}$ turbulent model. Numerical calculations were carried out with various flow rates, nozzle to plate distances. In the case of the axisymmetric jet impingement on a flat plate, $k-{\varepsilon}-{\overline{v^{'2}}}$ turbulent model showed better agreement with the experimental data than the standard $k-{\varepsilon}$ turbulent model in the prediction of the mean velocity profiles, the turbulent velocity profiles. the turbulent shear stress and the heat transfer rate. The highest heat transfer rate can be obtained when the impingement occurs within the potential core..
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.1
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pp.34-40
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1999
An experimental study has been conducted to determine the effects of inclined impinging jet on the local heat transfer coefficients. A single jet with nozzle diameter of 24.6 mm was tested for Reynolds numbers from 10,000 to 70,000 and nozzle-to-plate spacings of 2~6 jet diameters. The angle of inclination of the impingement surface relative to the horizontal surface was varied from $0^{\cire}$ (normal impingement) to $60^{\cire}$. The results indicate that the point of maximum heat transfer is moved up from the geometrical stagnation point of inclined surface by Coanda effect. The local heat transfer coefficients on the minor jet region decrease more rapidly than on the major jet region, thus creating an imbalance in the cooling capabilities on the two sides.
Kim, Heuy-Dong;Lee, Young-Ki;Seo, Tae-Won;Raghunathan, Srinivasan
Proceedings of the KSME Conference
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2000.04b
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pp.520-524
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2000
A ejector system is one of the fluid machinery, which has been mainly used as an exhaust pump or a vacuum pump. The ejector system has often been pointed out to have only a limited efficiency because it is driven by pure shear action and the mixing action between primary and secondary streams. In the present work, numerical simulations were conducted to investigate the effects of the geometry and the mass flow ratio of supersonic ejector-diffuser systems on their mixing performance. A fully implicit finite volume scheme was applied to solve the axisymmetric Navier-Stokes equations, and the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model was used to close the governing equations. The flow fields of the supersonic ejector-diffuser systems were investigated by changing the ejector throat area ratio and the mass flow ratio. The existence of the second throat strongly affected the shock wave structure inside the mixing tube as well as the spreading of the under-expanded jet discharging from the primary nozzle, and served to enhance the mixing performance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.5
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pp.722-730
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2001
The local heat transfer of an axisymmetric submerged air jet impinging on a heated flat plate is investigated experimentally with the variation of mesh-screen solidity. The screen installed in front of the nozzle exit modifies the flow structure and local heat transfer characteristics. The mean velocity and turbulence intensity profiles of streamwise velocity component are measured using a hot-wire anemometry. The temperature distribution on the heated flat surface is measured with thermocouples. The smoke-wire flow visualization technique was employed to understand the near-field flow structure qualitatively for different mesh screens. Large-scale toroidal vortices and high turbulence intensity enhance the heat transfer rate in the stagnation region. For a higher solidity, turbulence intensity become higher which increases the local heat transfer at small nozzle-to-plate spacings such as L/D<6. The local and average Nusselt numbers of impinging jet from the $\sigma$(sub)s=0.83 screen at L/D=2 are about 5.6∼7.5% and 7.1% larger than those for the case of no screen, respectively. For the nozzle-to-plate spacings larger than 6, however, the turbulence intensities for all tested screens approach to an asymptotic curve and the mean velocity along the jet centerline decreases monotonically. As the nozzle-to-plat spacing increases for high solidity screens, the heat transfer rate decreases due to the reduction in turbulence intensity and jet momentum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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