Gas flow through orifice is encountered in many diverse fields of engineering applications. In order to investigate the critical gas flow through an orifice system, a computational analysis is performed using axisymmetric, compressible, Navier-Stokes equations which are numerically solved by a fully implicit finite volume method. In the present study, the discharge coefficients of two different types of orifices which are a straight-bore orifice and a sharp-edged orifice, are predicted to obtain the critical flow conditions. The present CFD data are compared with the previous experimental results. The present computational results show that the critical mass flow rate through orifice is well predicted and it is a strong function of Reynolds number. The discharge coefficient increases with the orifice diameter.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.14
no.5
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pp.51-56
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2010
An experimental study was performed to understand spray characteristics of the V type rotating fuel nozzle with orifice diameters by using high speed rotational system. The experimental apparatus consist of a high speed rotational system, fuel injection system and acrylic case. The droplet size and velocity were measured by PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) and spray was visualized by using Nd-Yag laser-based flash photography. From the test results, droplet size is reduced with increasing orifice diameter up to the critical value. When increasing orifice diameter over than this critical value, droplet size is not decreased with increasing the orifice diameter. This is due to the irregular distribution of the liquid sheet around the inner surface of injection orifice.
Various studies on the critical flow models for sub-cooled and/or saturated water were reviewed, especially on Fauske, Moody, and Henry for basic theoretical models; Zaloudek for insight into physical phenomena for a critical flow in an orifice type flow path; Sozzi & Sutherland for a critical flow test of saturated and sub-cooled water at high pressure for orifice and nozzles; and a Marviken test on a full-scale critical flow test. In addition, critical flow tests of sub-cooled water for the break simulators in integral effect test (IET) facilities were also investigated, and a hybrid concept using Moody's and Fauske's models was considered by the authors. In the comparison of the models for the selected test data, discussions of the effect of the diameters, predictions of the critical flow models, and design aspects of break simulator for SBLOCA scenarios in the IET facilities were presented. In the effect of diameter on the critical flow rate with respect to all dimensional scales, it was concluded that the effect of diameter was found irrespective of diameter sizes. In addition, the diameter effect on slip ratio affecting the critical flow rate was suggested. From a comparison of the critical flow models and selected test data, the Henry-Fauske model of the MARS-KS code was found to be the best model predicting the critical flow rate for the selected test data under study.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.10
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pp.1240-1247
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1999
Particle motion through a disk type critical orifice placed in a 3.0cm diameter chamber has been studied numerically. In the simulation, the velocity field is solved using Pantankar's SIMPLER algorithm for the compressible flow and convergence of the computation is confirmed if the mass source at each control volume is smaller than $10^{-7}$. The particle motion in the flow field is solved in Lagrangian method. The particle trajectories showed that the particles injected away from the center line are expanded rapidly. At lower pressures, this expansion phenomena are more dominant. At lower pressures, the clear difference in particle and air speed is showed all the way down to the exit plan. It was found that particles with Stokes number of ca.2.5 tend to focus close to the center line very well except the particles travelling near the wall. However, particles with Stokes number greater than ca.2.5 show a tendency to cross the center line.
Lim, J.Y.;Kang, S.B.;Shin, J.H.;Koh, D.Y.;Cheung, W.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.08a
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pp.18-18
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2010
Methods of the characteristics evaluation of turbo-molecular pumps (TMP) are well-defined in the international measurement standards such as ISO, PNEUROP, DIN, JIS, and AVS. The Vacuum Center in the Korea Research Institute of Standards and Science has recently designed, constructed, and established the integrated characteristics evaluation system of TMPs based on the international documents by continuously pursuing and acquiring the reliable international credibility through measurement perfection. The measurement of TMP pumping speed is normally performed with the throughput and orifice methods dependent on the mass flow regions. However, in the UHV range of the molecular flow region, the high uncertainties of the gauges, mass flow rates, and conductance are too critical to precisely accumulate reliable data. With UHV gauges of uncertainties less than 15% and a calculated conductance of the orifice, about 35% of pumping speed uncertainties are experimentally derived in the pressure range of less than $10^{-6}$ mbar. In order to solve the uncertainty problems of pumping speeds in the UHV range, we introduced an SRG with 1% accuracy and a constant volume flow meter (CVFM) to measure the finite mass flow rates down to $10^{-3}$ mbar-L/s with 3% uncertainty for the throughput method. In this way we have performed the measurement of pumping speed down to less than $10^{-6}$ mbar with an uncertainty of 6% for a 1000 L/s TMP. In this article we suggest that the CVFM has an ability to measure the conductance of the orifice experimentally with flowing the known mass through the orifice chambers, so that we may overcome the discontinuity problem encountering during introducing two measurement methods in one pumping speed evaluation sequence.
This paper presents a hydrostatic bearing design and rotordynamic analysis of a turbo expander for a hydrogen liquefaction plant. Th~e turbo expander includes the turbine and compressor wheel assembled to a shaft supported by two hydrostatic radial and thrust bearings. The rated speed is 75,000 rpm and the rated power is 6 kW. For the bearing operation, we use pressurized air at 8.5 bar as the lubricant that is supplied to the bearing through the orifice restrictor. We calculate the bearing stiffness and flow rate for various gauge pressure ratios and select the orifice diameter providing the maximum bearing stiffness. Additionally, we conduct a rotordynamic analysis based on the calculated bearing stiffness and damping considering design parameters of the turbo expander. The predicted Cambell diagram indicates that there are two critical speeds under the rated speed and there exists a sufficient separation margin for the rated speed. In addition, the predicted rotor vibration is under 1 ㎛ at the rated speed. We conduct the operating test of the turbo expander in the test rig. For the operation, we supply pressurized air to the turbine and monitor the shaft vibration during the test. The test results show that there are two critical speeds under the rated speed, and the shaft vibration is controlled under 2.5 ㎛.
This study presents a numerical simulation investigating hydrodynamic characteristics of high-temperature hydrocarbon aviation fuel injected through a plain orifice injector. The analysis encompassed the temperature range up to the critical point, and the obtained results were compared with prior experimental observations. The analysis unveiled that the injector's exit pressure remains equivalent to the ambient pressure when the fuel injection temperature is below the boiling point. However, when the fuel temperature surpasses the boiling point, the exit pressure of the injector transitions to the saturated vapor pressure corresponding to the fuel injection temperature. Consequently, the exit pressure of the injector increases in tandem with the rapid increase of the saturation vapor pressure due to escalating fuel temperatures. This rise in the exit pressure necessitates a proportional increase in fuel injection pressure to ensure a fixed fuel mass flow rate. Furthermore, the investigation revealed that the discharge coefficient obtained by applying the exit pressure instead of the ambient pressure did exhibit no decrease, but rather was maintained at a nearly constant value, comparable to its level below the boiling point.
The HANARO, multi-purpose research reactor, 30 MWth open-tank-in- pool type, is under normal operation since it reached the initial critical in February 1995. The HANARO is planning to produce a fission moly-99 of radio isotopes, a mother nuclide of Tc-99m, a medical isotope and is under developing a target handling tool for loading and unloading it in a circular flow tube (OR-5). A guide tube is extended from the reactor core to the top of the reactor chimney for easily un/loading a target under the reactor normal operation. But active coolant through the core can be quickly raised up to the top of the chimney through the guide tube by jet flow. This paper is described an analytical analysis to calculate the hole size of a orifice inserted in the circular irradiation hole and to study the flow characteristics through the guide tube under reactor normal operation and loading the target. As results, the results show that the hole size of orifice was 31 mm of the inner diameter to suppress the guide tube jet flow and the coolant safely cooled the target of fission moly after inserting the orifice to the flow tube.
Methods of the characteristics evaluation of turbo-molecular pumps (TMP) are well-defined in the international measurement standards such as ISO, PNEUROP, DIN, JIS, and AVS. The Vacuum Center in the Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) has recently designed, constructed, and established the integrated characteristics evaluation system of TMPs based on the international documents by continuously pursuing and acquiring the reliable international credibility through measurement perfection. The measurement of TMP pumping speed is normally performed with the throughput and orifice methods dependent on the mass flow regions. However, in the UHV range of the molecular flow region, the high uncertainties of the gauges, mass flow rates, and conductance are too critical to precisely accumulate reliable data. In order to solve the uncertainty problems of pumping speeds in the UHV range, we introduced a SRG with 1% accuracy and a constant volume flow meter (CVFM) to measure the finite mass flow rates down to $10^{-1}$ Pa-L/s with 3% uncertainty for the throughput method. In this way we have performed the measurement of pumping speed down to $10^{-4}$ Pa with an uncertainty of less than 6% for a 1000 L/s TMP. In this article we suggest that the CVFM has an ability to measure the conductance of the orifice experimentally with flowing the known mass through the orifice chambers, so that we may overcome the discontinuity problem encountering during introducing two measurement methods in one pumping speed evaluation sequence.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.8
s.101
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pp.939-944
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2005
In this paper, a sound quality index for the evaluation of the vehicle intake noise was developed through a correlation analysis of the objective measurement and the subjective evaluation. First, intake orifice noise was measured at the wide-open throttle sweep condition. And then, the acoustic transfer function between intake orifice noise and interior noise was measured. Simultaneously, subjective evaluation was carried out with a 10-scale score by 8 special engineers. The correlation analysis between the psychoacoustic parameters derived from the measurement and the subjective evaluation was performed. The most critical factor was determined and the corresponding sound quality index for intake noise was obtained from the multiple factor regression analysis method. Finally, the effectiveness of the proposed index was validated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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