Choi, Sang In;Feng, Jia Ping;Seo, Ho Seok;Kim, Sang Bum;Jo, Young Min
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.33
no.4
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pp.306-318
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2017
Heavy diesel vehicles are one of major sources of urban fine dust in Korea and other developing countries. In this study, an auxiliary device assisting fuel atomization, which is called FAD (Fuel Activation Device), was closely reviewed through numerical simulation. As calculated, the diesel flow velocity passing across FAD increased up to 1.68 times, and it enhanced the cavitation effect which could improve the injected fuel atomization. Super cavitation phenomenon, which is the most important effect on nozzle injection, has occurred until the cavitation number (${\sigma}$) decreased from 1.15 to 1.09, and atomized droplets via a nozzle of which opening was $500{\mu}m$ distributed less than $200{\mu}m$ in sauter mean diameter (SMD).
The major source of noise in the process of transporting liquids is related to the cavitation phenomenon. The control valve noise is mostly dominated by bubble dynamics under cavitating conditions. In this investigation, an orifice configuration is set-up to correlate its flow-field and acoustic signatures with those from a control valve device. The performance and noise characteristics form the orifice configuration in anechoic surroundings were measured to reveal the noise sources depending on pressure differences across the orifice configuration. The sound powers from the orifice configuration are effectively normalized using proposed scaling parameters. Flow-excited dynamic systems for which there is no strong coupling between the flow and the system response can be described using a linear source-filter model. On this assumption, the normalized sound powers can be decomposed of noise source function and a response function. To find noise sources, pressure spectra measured over a range of pressure differences are transformed into the product of two non-dimensional frequency function : $P_{ss}(He,f_{ca},x/D) = F(f_{ca})\;G(He,x/D)$. This scheme of finding noise sources is shown to be applicable to the cavitation noise from the control valve effectively Two kinds of cavitating modes based on our experimental data are found and discussed.
The objective of this study was to investigate corrosion and cavitation-erosion characteristics of the electroless nickel plating layer with heat treatment. The crystallization temperature of the electroless nickel plating layer was about 410 ℃. The phase transformation energy was confirmed to be 12.66 J/g. With increasing heat treatment temperature, the amorphous electroless nickel plating layer gradually changed to crystalline Ni and Ni3P. At the same time, the crystal grain size was also increased. Additionally, when heat treatment was performed at a temperature above 400 ℃, NiO phase was observed due to oxidation phenomenon. As a result of the electrochemical polarization experiment, the corrosion resistance of the heat-treated electroless nickel plating layers was superior to that of the as-deposited plating layer. This was because crystal grains became larger and grain boundaries decreased during heat treatment. The cavitation-erosion resistance of heat-treated plating layers tended to be superior to that of as-deposited plating layers due to increased microhardness.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.9
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pp.863-871
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2013
Flow characteristics of velocity-control trim in a valve is investigated numerically with high pressure drop. A basic trim widely used for a valve in domestic powerplants is selected and designed for a baseline of velocity-control trim. The numerical analysis is focused on flow rate and cavitation with the basic trim. For a condition of high-pressure drop, pressure drop between inlet and outlet and fluid temperature are selected to be 18.1 MPa and $160^{\circ}C$, respectively, which are typical ones considering operating conditions adopted in powerplants. With this baseline model and condition, design changes are made for improvement of flow rate and cavitation phenomenon. For re-design, trim is divided into three zones in radial direction and design parameters of flow area, stage, and flow direction are considered in each zone. With these combined parameters applied to each zone, 4 models with design changes are proposed and their flow rates and cavitation areas are investigated. From comparison with those in the baseline model of a basic trim, proposed models show better performance in both flow rate and cavitation.
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.
In this study, in order to evaluate the yield of bubble by ultrasonic cavitation in HIFU sonication, the bubble image analysis was performed. The changing phenomenon of cavitation effect according to the sonication condition was discussed by analyzing the bubble image. Especially the appearance of bubble cloud, the size of micro-bubble, and the yield of bubble were considered. The 500 KHz and 1.1 MHz concave type ultrasonic transducers were used for HIFU sonication. Computer controlled digital camera was used to obtain the bubble image, and the binary image processing(binarization coefficient : 0.15) was performed to analyze them. In results of 500 KHz and 1.1 MHz transducer, the area of bubble cloud was increased in proportion to the rise in sonication intensity($R^2$ : 0.7031 and 0.811). The mean size of single microbubble was measured as 98.18 um in 500 KHz sonication, and 63.38 um in 1.1 MHz sonication. In addition, the amount of produced bubble was increased in proportion to sonication intensity. Through the result of this study and further study for variable image processing method, the quantitative evaluation of ultrasonic cavitation effects in HIFU operation could be possible with the linearity associated with the sonication conditions.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.5
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pp.324-333
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2013
Recently, rudder erosion due to cavitation has been frequently reported on a semi-spade rudder of a high-speed large ship. This problem raises economic and safety issues when operating ships. The semi-spade rudders have a gap between the horn/pintle and the movable wing part. Due to this gap, a discontinuous surface, cavitation phenomenon arises and results in unresolved problems such as rudder erosion. In this study, we made a rudder model for 2-D experiments using the NACA0020 and also manufactured gap flow blocking devices to insert to the gap of the model. In order to study the gap flow characteristics at various rudder deflection angles($5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $35^{\circ}$) and the effect of the gap flow blocking devices, we carried out the velocity measurements using PIV(Particle Image Velocimetry) techniques and cavitation observation using high speed camera in Seoul National University cavitation tunnel. To observe the gap cavitation on a semi-spade rudder, we slowly lowered the inside pressure of the cavitation tunnel until cavitation occurred near the gap and then captured it using high-speed camera with the frame rate of 4300 fps(frame per second). During this procedure, cavitation numbers and the generated location were recorded, and these experimental data were compared with CFD results calculated by commercial code, Fluent. When we use gap flow blocking device to block the gap, it showed a different flow character compared with previous observation without the device. With the device blocking the gap, the flow velocity increases on the suction side, while it decreases on the pressure side. Therefore, we can conclude that the gap flow blocking device results in a high lift-force effect. And we can also observe that the cavitation inception is delayed.
Lee, Il Kwon;Kim, Seung Chul;Kang, Ki Hwan;Hur, Chang Soo
Tribology and Lubricants
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v.29
no.2
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pp.111-116
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2013
This paper describes the adherence phenomenon, including the tribological characteristics, of a low-pressure fuel pump in a diesel engine for an excavator. Most fuel pumps of a diesel-engine excavator are of the fixed-quantity-gear type and have low pressure. However, the developed pumps develop problems in the pumping system owing to performance instability. Cavitation, which is the main obstacle to stable driving in the pump, occurs between an idle gear and the housing to produce a serious adherence problem. The present study not only examined how to suppress cavitation in a pump but also developed a simple method to improve pump performance through the early creation of a lubrication film with a phosphoric acid coating on the surface of the idle gear. The results showed that the coating successfully prevents breakage of the idle gear due to adherence.
It is important to estimate the shear strength of shallow compacted soils as a construction material. A series of constant water content triaxial compression (CWCC) tests under low confining state in this study were performed on compacted geomaterials. For establishing a relationship of the shear strengths between saturated and unsaturated states on compacted geomaterials, the suction stresses were derived by two methods: the conventional suction-measured method and the Suction stress-SWRC Method (SSM). Considering the suction stress as an equivalent confining stress component in the (${\sigma}_{net}$, ${\tau}$) plane, it was found that the peak deviator stress states agree well with the failure line of the saturated state from the triaxial compression test when the SSM is applied to obtain the suction stress. On the other hand, the cavitation phenomenon on the measurement of suction affected the results of the conventional suction-measured method. These results mean that the SSM is distinctly favorable for obtaining the suction value in the CWCC test because the SSM is not restricted by the cavitation phenomenon. It is expected that the application of the SSM would reduce the time required, and the projected cost with the additional equipment such as a pore water measuring device in the CWCC test.
Since the discovery, in the 1980s, of erosion-pit-induced fractures in implanted mechanical heart valves. cavitation on the surface of mechanical heart valves has been widely studied as a possible cause of pitting. Several factors, including peak dp/dt of the ventricular pressure. maximum closing velocity of the leaflet, and squeeze flow. have been studied as indices of the cavitation threshold. In the present study. cavitation erosion on the surface of a mechanical valve was examined by focusing on squeeze flow and the water hammer phenomenon during the closing period of the valve. In this study, we measures pressure wave forms near a valve and closing velocities of a disk, which were placed in a holder with and without compliance. In case of all holders, pressure drop of below vapor pressure expect at near the surface disk. It was also found that the closing velocity of the disk increased and that cavitation erosion was enhanced too. These results suggest that disk closing velocity during the closing phase has signifiant effects on pitting erosion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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