Fluidelastic instability is a key issue in steam generator tube bundles subjected in cross-flow. With a low flow velocity, a large amplitude vibration of the tube observed by many researchers. However, the mechanism of this vibration is seldom analyzed. In this paper, the mechanism of cross-flow effects on fluidelastic instability of tube bundles was investigated. Analysis reveals that when the system reaches the critical state, there would be two forms, with two critical velocities, and thus two expressions for the critical velocities were obtained. Fluidelastic instability experiment and numerical analysis were conducted to obtain the critical velocity. And, if system damping is small, with increases of the flow velocity, the stability behavior of tube array changes. At a certain flow velocity, the stability of tube array reaches the first critical state, a dynamic bifurcation occurs. The tube array returns to a stable state with continues to increase the flow velocity. At another certain flow velocity, the stability of tube array reaches the second critical state, another dynamic bifurcation occurs. However, if system damping is big, there is only one critical state with increases the flow velocity. Compared the results of experiments to numerical analysis, it shows a good agreement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.7
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pp.927-936
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1998
In the fully developed pipe flow, when jet is injected in cross to the flow there are complex transition flows caused by interaction of the cross flow and jet. These interactions are studied by means of the flow visualization methods and frequency analysis using a hot-wire anemometer. The velocity range of cross flow of the pipe is 0.3 m/s ~ 1.2 m/s and the corresponding Reynolds number, R$\sub$p/, based on the pipe diameter is 2.25 * 10$\^$3/ ~ 9.02 * 10$\^$3/. The velocity ratio (R), jet velocity/cross flow velocity, is chosen from 2 to 10. A circular cylinder is placed in the pipe instead of jet to observe the vortex shedding from the solid body. To compare the jet and circular cylinder flow, the vortical structure is analyzed in both cases and the structure of vortices and the origin of its formation are investigated, especially. The vortex shedding of the dominant coherent structure is compared between the jet flow and the circular cylinder flow. In the case of the jet flow, the Strouhal numbers are different depending on the existence of the upright vortex as well as the velocity ratio (R).
One of noticeable features in the cross flow fan is that a working fluid passes through impeller blade twice without distinction between the inlet and exit angles. Also, it does produce higher circumferential velocity than other types of blade at the same flow rate in accordance with the application of the forward curved shape. However, a design theory for the cross-flow fan has not yet been formed owing to an eccentric vortex, which is the remarkable characteristics, occurred in a cross-flow fan. Furthermore, the eccentric vortex, which is difficult to control of the size and position, is the important cause of performance decrease. In this study, experiments are carried out to estimate the similarity of the cross-flow fan with various scales and rotational velocity changes. Pressure coefficients to flow coefficients with various scales of the cross-flow fan are plotted to research the application of the general similarity law of the turbomachinery in the cross-flow fan with Archimedes spital, which is the important factor haying an effect on it.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.7
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pp.1013-1021
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1998
Various vortical structures are investigated by using three kinds of flow visualization methods in branch pipe flows. There are two typical flow patterns when a jet from the branch pipe with various angles is injected to the main pipe cross flow. The velocity range of cross flow of the main pipe is 0.2 m/s ~ 1.2 m/s and the corresponding Reynolds number, R$_{p}$ is of the range 1.5 * 10$^{3}$ ~ 9.02 * 10$^{3}$. The velocity ratio(R), jet velocity/cross flow velocity, is chosen from 1.3 to 4. The subsequent behavior and development of the ring vortices which are created at the jet boundary mainly depend on the velocity ratio. An empirical relation for the shedding frequency of the ring vortices is derived. It is also found that there are two different vortex shedding mechanism in the mixing of two fluid streams.s.
Kang-Hee Lee;Heung-Seok Kang;Du-Ho Hong;Jong-In Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.3
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pp.1118-1124
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2023
Experimental study on the fluidelastic instability (FEI) of a curved tube bundle in single phase downward cross flow is investigated for the design qualification and analysis input preparation of helical coiled steam generator tubing. A 6×9 normal square curved tube array with equal and different vertical/horizontal pitch-to-diameter ratio was under-tested up to 6 m/s in term of gap flow velocity to measure the critical velocity for FEI. The critical velocity for FEI was measured at the turning point from the vibration amplitude plot along the gap flow velocity. Our test results were compared with straight tube results and published data in the design guideline. The applicability of the current design guidelines to a curved tube bundle is also assessed. We found that introducing frequency difference in a curved tube array increases the critical velocity for fluidelastic instability.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.7
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pp.918-927
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1999
In the fully developed internal flow fields, there are complex transition flows caused by interaction of the cross flow and jet when jet is Injected Into the flow. These interactions are studied by means of the flow visualization methods. An instantaneous laser tomographic method is used to reveal the physical mechanism and the structure of vortices formation in the branch pipe flow. The velocity range of cross flow of the pipe is 0.7m/s and the corresponding Reynolds number $R_{cf}$, based on the duct height is $5.6{\times}10^3$, diameter/height ratios(d/H) 0.14 and velocity ratios 3.0. Oil mist with the size of $10{\mu}m$ diameter is used for the scattering particle. The instantaneous topological features of the vortex ring roll-up of the jet shear layer and characteristics of this flow are studied in detail by performing flow visualization in rectangular duct flow. It is found that the formation and roll-up of ring vortices is a periodic phenomenon. The detailed topology of the vortices in the near field of a cross -flow jet and the mechanism associated with them give enforced hints of vortex breakdown within the vortex system due to the interaction of the jet and the cross-flow.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.8
no.2
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pp.89-100
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2000
Present study explains some experimental results on the aerodynamic noise of the cross-flow fan usually installed in the indoor unit of the room air-conditioners and provides a simple reduction method of radiating sound to decrease the total noise level. The spectra of the noise of the cross-flow fan were analyzed by the spectral decomposition method to characterize the generated sound. The unsteady fluctuating flow field was also measured using the I-type hot-wire probe. Comparing the spectral characteristics of the sound and the flow velocity, a useful noise reduction method was proposed, which bounds the region with a fence where the flow fluctuations were noticeably changed in the same fashion as the source spectral distribution functions vary. To validate the proposed method for reducing noise generated by the cross-flow fan, the sound pressure levels of the cross-flow fan system were compared with and without the bounding fence for various flow rates.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.11
no.6
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pp.871-879
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1999
Present study explains some experimental results on the aerodynamic noise of the cross-flow fan usually installed in the indoor unit of the room air-conditioners and provides a simple reduction method of radiating sound to decrease the total noise level. The spectrums of the noise of the cross-flow fan were analyzed by the spectral decomposition method to characterize the generated sound. The unsteady fluctuating flow field was also measured using the I-type hot-wire probe. Comparing the spectral characteristics of the sound and the flow velocity, a useful noise reduction method was proposed which bounds the region with a fence where the flow fluctuations were noticeably changed in the same fashion as the source spectral distribution functions vary. To validate the proposed method for reducing noise generated by the cross-flow fan, the sound pressure levels of the cross-flow fan system were compared of the experimental rig with and without the bounding fence for various flow rates.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.11
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pp.1571-1581
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1998
A flow visualization study was carried out for the branch pipe mixing flow in which a jet was issued normally to the fully developed pipe flow. An instantaneous laser tomographic method was used for cross flow Reynolds numbers based on the cross flow diameter D ranged $Re_{cf}=5.26{\times}10^3{\sim}1.13{\times}10^4$, diameter ratios d/D = 0.1 ~ 0.2 and velocity ratios R = 0.5 ~ 10. Oil mist with the size of about $10{\mu}m$ diameter was used for the scattering particle. The main purpose of this study was to reveal the physical mechanism and the structure of vortices formation with varying the velocity ratios and diameter ratios in the branch pipe flow. It was found that the physical mechanism and the structures of vortices formation were quite different depending on the velocity ratios. Particularly in the case of R < 1, the typical vortex shows single loop shape and that for the case of R > 1 depicts mushroom-like structure in the cross flow jet.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.2
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pp.124-132
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2009
Experiments have been performed to investigate fluid-elastic instability of tube bundles, subjected to twophase cross flow. Fluid-elastic is the most important vibration excitation mechanism for heat exchanger tube bundles subjected to the cross flow. The test section consists of cantilevered flexible cylinder(s) and rigid cylinders of normal square array. From a practical design point of view, fluid-elastic instability may be expressed simply in terms of dimensionless flow velocity and dimensionless mass-damping parameter. For dynamic instability of cylinder rows, added mass, damping and the threshold flow velocity are evaluated. The Fluid-elastic instability coefficient is calculated and then compared to existing results given for tube bundles in normal square array.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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