International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.3
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pp.307-317
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2017
In liquid-propellant rockets, POGO instability can occur, in which a fluctuation of propellant supply to the engine, a thrust fluctuation, and a structural vibration are coupled. For the prediction of this instability, it is required to provide dynamic characteristics of the pump represented as the transfer matrix correlating the upstream and downstream pressure and flow rate fluctuations. In the present study, the flow rate fluctuation is evaluated from the fluctuation of pressure difference at the different locations assuming that the fluctuation is caused by the inertia of the flow rate fluctuation. The experiments were performed in some flow conditions, and it was shown that the tendencies of dynamic characteristics are related to excitation frequencies, cavitation numbers and flow rate coefficients.
Kim, Dae-Jin;Hong, Soon-Sam;Choi, Chang-Ho;Kim, Jin-Han
Aerospace Engineering and Technology
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v.4
no.1
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pp.143-149
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2005
To evaluate the hydraulic and cavitation performance of a fuel pump for a liquid rocket engine, performance tests of the pump, which consist of hydraulic tests and cavitation tests, were conducted in water environment with various condition. In the hydraulic tests, the head, efficiency and volute pressure distribution of the pump are found to follow the conventional similarity rule, whereas the secondary flow pressure shows a small deviation from the similarity rule. As the floating gap is constricted, the efficiency of the pump improves and the secondary flow pressure decreases. However, the inner diameter of bypass line orifice does not show clear relationship with the pump efficiency. In the cavitation tests, measurements of the head and the NPSH indicate that the pump shows better cavitation performance as the rotational speed of the pump increases.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.1
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pp.1-7
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2002
As the existing noise measuring device was affected the flow-field and structural vibration directly, new experimental device was required. Two Hydrophone Boxes are designed and their performances are investigated. The noise level of the KRISO cavitation tunnel is compared with those of the other cavitation tunnels which have been designed for the noise study. The present experimental results show the possibility of the full-scale prediction for propeller cavitation noise and the improvement of the measurement performance at the range of low-frequency.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.7
no.1
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pp.28-39
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2003
Effects of the orifice internal flow such as cavitation and hydraulic flip on transverse injection into subsonic crossflows have been studied. The liquid column breakup length and the liquid column trajectory were measured by changing the orifice diameter (d), the orifice length/orifice diameter (L/d), the injection pressure and the shapes (sharp and round) of orifice entrance, and were compared with previous results. It is found that cavitation bubbles, which occur inside the sharp-edged orifice, make the liquid jet very turbulent and especially in the orifices with L/d = 5 hydraulic flip appear as cavitation bubbles are emitted from the orifice. The breakup length is shorter as cavitation bubbles grows and hydraulic flip appears. However, the liquid column trajectories normalized by the effective diameter and the effective momentum ratio have a similar tendency irrespective of cavitation and hydraulic flip.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.179-190
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2011
The swirling flow developing in Francis turbine draft tube under part load operation leads to pressure fluctuations usually in the range of 0.2 to 0.4 times the runner rotational frequency resulting from the so-called vortex breakdown. For low cavitation number, the flow features a cavitation vortex rope animated with precession motion. Under given conditions, these pressure fluctuations may lead to undesirable pressure fluctuations in the entire hydraulic system and also produce active power oscillations. For the upper part load range, between 0.7 and 0.85 times the best efficiency discharge, pressure fluctuations may appear in a higher frequency range of 2 to 4 times the runner rotational speed and feature modulations with vortex rope precession. It has been pointed out that for this particular operating point, the vortex rope features elliptical cross section and is animated of a self-rotation. This paper presents an experimental investigation focusing on this peculiar phenomenon, defined as the upper part load vortex rope. The experimental investigation is carried out on a high specific speed Francis turbine scale model installed on a test rig of the EPFL Laboratory for Hydraulic Machines. The selected operating point corresponds to a discharge of 0.83 times the best efficiency discharge. Observations of the cavitation vortex carried out with high speed camera have been recorded and synchronized with pressure fluctuations measurements at the draft tube cone. First, the vortex rope self rotation frequency is evidenced and the related frequency is deduced. Then, the influence of the sigma cavitation number on vortex rope shape and pressure fluctuations is presented. The waterfall diagram of the pressure fluctuations evidences resonance effects with the hydraulic circuit. The influence of outlet bubble cavitation and air injection is also investigated for low cavitation number. The time evolution of the vortex rope volume is compared with pressure fluctuations time evolution using image processing. Finally, the influence of the Froude number on the vortex rope shape and the associated pressure fluctuations is analyzed by varying the rotational speed.
Kim, Je-In;Park, Il-Ryong;Kim, Ki-Sup;Ahn, Jong-Woo
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.3
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pp.215-226
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2017
This paper presents numerical results of the performance of a marin propeller in cavitating and non-cavitating flow conditions. The geometry and experimental validation data of the propeller are provided in Potsdam Propeller Test Case(PPTC) in the framework of the second International Symposium on Marine Propulsors 2011(SMP'11) workshop. The PPTC includes open water tests, velocity field measurements and cavitation tests. The present numerical analysis was carried out by using the Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) method on a wall-resolved grid ensuring a y+=1, where the SST k-${\omega}$ model was mainly used for turbulence closure. The influence of the turbulence model was investigated in the prediction of the wake field under a non-cavitating flow condition. The propeller tip vortex flows in both cavitating and non-cavitating conditions were captured through adaptation of additional grids. For the cavitation flows at three operation points, Schnerr-Sauer's cavitation model was used with a Volume-Of Fluid(VOF) approach to capture the two-phase flows. The present numerical results for the propeller wake and cavitation predictions including the open water performance showed a qualitatively reasonable agreement with the model test results.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.5
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pp.108-114
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2010
The injection nozzle of an electro-hydraulic injector is being opened and closed by movement of a injector's needle which is balanced by pressure at the nozzle seat and at the needle control chamber, at the opposite end of the needle. In this study, the effects of needle movement in a piezo-driven injector on unsteady cavitating flows behavior inside nozzle were investigated by cavitation numerical model based on the Eulerian-Lagrangian approach. Aimed at simulating the 3-D two-phase flow behavior, the three dimensional geometry model along the central cross-section regarding of one injection hole with real design data of a piezo-driven diesel injector has been used to simulate the cavitating flows for injection time by at fully transient simulation with cavitation model. The cavitation model incorporates many of the fundamental physical processes assumed to take place in cavitating flows. The simulations performed were both fully transient and 'pseudo' steady state, even if under steady state boundary conditions. As this research results, we found that it could analyze the effect the pressure drop to the sudden acceleration of fuel, which is due to the fastest response of needle, on the degree of cavitation existed in piezo-driven injector nozzle.
Selected Papers of The Society of Naval Architects of Korea
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v.1
no.1
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pp.76-90
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1993
A new propeller series is developed using the newly developed blade section (KH 18 section) which has better cavitation characteristics and higher lift-drag ratio at wade angle-of-attack range than a conventional section. The radial patch distribution of the new series propellers is variable stance they were designed adaptively to a typical wake distribution. Basic geometric particulars of the series propellers. such as chord length, thickness, skew and rake distributions, are determined on the basis of recent full scale propeller geometric data. The series is developed for propellers having 4 blades, and blade area ratios of 0.3, 0.45, 0.6 and 0.75. Mean pitch ratios are varied as 0.5, 0.6, 0.7, 0.95 and 1.1 for each blade area ratio. The new propeller series consists of 20 propellers and is named as the KD(KRISO-DAEWOO)-propeller series. Propeller open-water tests are performed at the towing tank, and cavitation observation tests and fluctuating pressure tests are carried out at the cavitation tunnel of KRISO. $B_{p}-\delta$ curves, which can be used to select the optimum propeller diameter at the preliminary design stage, are derived from a regression analysis of the propeller open-water test results. The KD-cavitation chart is derived from the cavitation observation test results by choosing the local maximum lift coefficient and the local cavitation number as parameters. The cavity extent predicted by the KD-cavitation chart would be more accurate compared to that by an existing cavitation charts, such as the Burrll's cavitation chart, since the former is derived from the cavitation observation test results in a typical ship's wake, while the lather is derived from the test results in a uniform flow.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.4
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pp.502-512
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2013
Simulations of cavitation flow and hull pressure fluctuation for a marine propeller operating behind a hull using the unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations (RANS) are presented. A full hull body submerged under the free surface is modeled in the computational domain to simulate directly the wake field of the ship at the propeller plane. Simulations are performed in design and ballast draught conditions to study the effect of cavitation number. And two propellers with slightly different geometry are simulated to validate the detectability of the numerical simulation. All simulations are performed using a commercial CFD software FLUENT. Cavitation patterns of the simulations show good agreement with the experimental results carried out in Samsung CAvitation Tunnel (SCAT). The simulation results for the hull pressure fluctuation induced by a propeller are also compared with the experimental results showing good agreement in the tendency and amplitude, especially, for the first blade frequency.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.3
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pp.219-227
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2016
Numerical simulation based on the Reynolds Averaged Naviere-Stokes (RANS) Computational Fluid Dynamics (CFD) method had been carried out with the commercial code ANSYS CFX. The structured grid and SST $k-{\omega}$ turbulence model had been adopted. The impact of non-condensable gas (NCG) on cavitation performance had been introduced into the Schnerr and Sauer cavitation model. The numerical investigation of cavitating flow of marine propeller E779A was carried out with different advance ratios and cavitation numbers to verify the numerical simulation method. Tip clearance effects on the performance of pumpjet propulsor had been investigated. Results showed that the structure and characteristics of the tip leakage vortex and the efficiency of the propulsor dropped more sharply with the increase of the tip clearance size. Furthermore, the numerical simulation of tip clearance cavitation of pumpjet propulsor had been presented with different rotational speed and tip clearance size. The mechanism of tip clearance cavitation causing a further loss of the efficiency had been studied. The influence of rotational speed and tip clearance size on tip clearance cavitation had been investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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