In general, a single gas flow through a converging nozzle is choked when the pressure communications between the downstream and upstream flowfields are broken by the sonic condition of Mach number, M=1. A similar phenomenon may occur In two streams of different stagnation properties flowing side by side in a converging nozzle. In this case, the limiting condition of M=1 for flow choking is no longer applied to such a compound compressible flow. The compound choking phenomenon can be explained by means of a compound sound wave at the nozzle exit. In order to detail the flow characteristics involved in such a compound choking of the two streams, the two-dimensional, compressible, Wavier-Stokes equations have been solved using a fully implicit finite volume method and compared with the results of the one-dimensional theoretical analysis. The computational and theoretical results show that the compound sound wave can reasonably explain the compound choking phenomenon of the two streams in the convergent flow channel.
Compound choking frequently occurs at a minimum area of the flow passage, where two or more streams which have different stagnation properties are merged. This phenomenon is especially important in that the flow choking may not be given by Mach number, M=1 at the nozzle throat. In order to obtain a detailed understanding of the flow characteristics involved in the compound flow choking, the two-dimensional, compressible, Wavier-Stokes equations are solved using a fully implicit finite volume method and the predicted solutions are compared with the results of the one-dimensional theoretical analysis. Stagnation pressure and temperature of each stream are changed to investigate the effects on the compound choking. The results show that stagnation pressures of each stream affect Mach number and static pressure distributions downstream of the exit of the convergent nozzle. However, the flow characteristics of the compound choking are not significantly dependent on the total temperature ratio.
일반적으로 다단 축류 터빈은 높은 팽창비에서 유동 가속으로 인하여 특정 단에서 초킹 현상이 발생하게 된다. 입구 유량 경계조건을 사용하는 일반적인 평균반경해석법을 사용하는 경우 유량 변화없이 팽창비만 증가하게 되는 초킹 현상을 예측하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 초킹 영역에서의 성능을 예측하는 알고리즘을 제안하였다. 초킹 지점 이후에는 초킹이 발생하는 노즐 혹은 로터 출구 유동이 팽창하는 특성을 반영하여 고정된 유량 조건에서 팽창비가 변할 수 있도록 알고리즘을 구성하였다. 계산된 결과를 다단 축류 터빈 전산해석 결과 및 실험결과와 비교하여 신뢰성을 확인하였다.
덕티드 로켓 가스발생기용 추진제 성능을 검증하기 위한 실험에서 직경이 10mm인 파이프와 최소 직경이 8.7mm인 수축 노즐을 배출 튜브로 사용하였을 때 급격한 압력 증가가 관찰되었다. 급격한 연소 압력 증가는 배출 튜브를 통과하는 유동의 열 질식(thermal choking) 때문인 것으로 판단하였다. 본 연구에서는 원형 파이프를 사용하는 경우, 배출 튜브 유동의 열 질식을 고려하여 가스발생기 연소 압력 변화를 예측하였다. 그 결과, 배출가스의 비-평형 화학반응으로 인한 배출 튜브 유동의 열 질식 발생이 급격한 연소 압력 증가의 원인임을 확인하였다. 특히 덕티드 로켓의 높은 압력 지수는 배출 튜브 내에서 발생하는 열에 매우 민감하게 반응하여 배출 튜브 내의 열 질식 가능성을 높이는 것으로 분석되었다. 또한 배출 튜브로 단면적의 변화가 있는 발산형 파이프를 사용하면 가스발생기의 급격한 연소 압력 증가를 예방할 수 있을 것으로 판단하였다.
The high pressure hydrogen gas refueling system is required for fuel cell vehicle. In this paper, a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT is adopted to investigate the gas flow characteristics inside the check valve for various refueling and tank pressures. The results showed that the choking phenomena can occur for certain refueling pressures, therefore refueling processes should be divided by multiple stages. And a design method to prevent the seal departure problem which reported in CNG usages is required.
본 연구에서는 이중 orifice를 지나는 압축성 유동을 해석하기 위하여 압축성 유체에 대한 이론계산을 수행하였다. 이중 orifice의 단면적비, orifice 상류의 마하수 및 orifice 사이의 전압손실을 변화시켜, orifice로 인하여 발생하는 축류부에서 유동이 초우크하게 되는 조건을 구하였다. 본 연구의 결과로부터 유동의 초우크 현상은 orifice 단면적비뿐만 아니라 전압손실에도 의존함을 알 수 있다.
The empirical factor and reaction force based on published data were involved to investigate compressible flows through sudden enlargement and sudden contraction passages. Analytical solutions of engineering interest were obtained from one-dimensional steady compressible gas dynamic equations. The effects of compressibility, cross-sectional area ratio, and inlet Mach number on the air flows were discussed with regards to the total pressure loss and flow choking. The present results provide available information necessary ta design the compressible pipe flow systems.
In the present, The theoretical and numerical results of gas flow characteristics inside a swirl injector are presented. For this purpose a one-dimensional (theoretical) model and 2D/3D CFD models are proposed for use in the design of the injector. It was found that contradictory to the classical theory about the compressible flow, the swirl has a significant effect on the mass flow rate and the choking conditions. It was found that the one-dimensional model provides reasonably accurate results compared with the 2D/3D numerical results, and thus can be used at the initial stage of the swirl-injector design process.
In this paper, we present the theoretical and numerical results of flow characteristics of a gas in a swirl injector. Proposed in this study are one-dimensional (theoretical) model and 2D/3D CFD models for use in the design of the injector. It was found that contrary to the classical theory about the compressible flow, the swirl gives a significant effect on the mass flow rate and the choking conditions. The one-dimensional model was found to Provide reasonably accurate results compared with the 2D/3D numerical results, so that it can be employed in th initial stage of the swirl-injector design process.
A thermodynamic simulation method is developed for the process design and the performance evaluation of the gas turbine in IGCC power plant. The present study adopts four clean coal gases derived from four different coal gasification and gas clean-up processes as IGCC gas turbine fuel, and considers the integration design condition of the gas turbine with ASU(Air Separation Unit). In addition, the present simulation method includes compressor performance map and expander choking models for considering the off-design effects due to coal gas firing and ASU integration. The present prediction results show that the efficiency and the net power of the IGCC gas turbines are seperior to those of the natural gas fired one but they are decreased with the air extraction from gas turbine to ASU. The operation point of the IGCC gas turbine compressor is shifted to the higher pressure ratio condition far from the design point by reducing the air extraction ratio. The exhaust gas of the IGCC gas turbine has more abundant wast heat for the heat recovery steam generator than that of the natural gas fired gas turbine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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