Conjugate heat transfer analysis was performed to investigate the flow and cooling performance of the high pressure turbine nozzle of gas turbine engine. The CHT code was verified by comparison between CFD results and experimental results of C3X vane. The combination of k-${\omega}$ based SST turbulence model and transition model was used to solve the flow and thermal field of the fluid zone and the material property of CMSX-4 was applied to the solid zone. The turbine nozzle has two internal cooling channels and each channel has a complex cooling configurations, such as the film cooling, jet impingement, pedestal and rib turbulator. The parabolic temperature profile was given to the inlet condition of the nozzle to simulate the combustor exit condition. The flow characteristics were analyzed by comparing with uncooled nozzle vane. The Mach number around the vane increased due to the increase of coolant mass flow flowed in the main flow passage. The maximum cooling effectiveness (91 %) at the vane surface is located in the middle of pressure side which is effected by the film cooling and the rib turbulrator. The region of the minimum cooling effectiveness (44.8 %) was positioned at the leading edge. And the results show that the TBC layer increases the average cooling effectiveness up to 18 %.
Three-dimensional conjugate heat transfer and particle deposition on a circular cylinder in the OVD process are numerically investigated. Flow and temperature fields are obtained by an iterative method, and thermophoretic particle deposition is simulated. Effects of the heat conduction in the cylinder, the rotation speed of the cylinder, and the traversing speed of torch on the deposition are studied. Effects of variable properties are also included. As the conductivity of the cylinder decreases, particle deposition rate and deposition efficiency greatly decrease due to the reduced temperature gradient. The rotation of the cylinder has no significant effect on the deposition due to the small diameter of the cylinder and low speed of rotation. Since the increase of the torch speed keeps the surface low temperature, the particle deposition increases with the traversing speed.
A GA(Genetic Algorithm) based 3D-PTV technique has been developed. The measurement system consists of three CCD cameras, Ar-ion laser, an image grabber and a host computer. The fundamental of the developed technique was based on that one-to-one correspondence is found between two tracer particles selected at two different image frames taking advantage of combinatorial optimization of the genetic algorithm. The fitness function controlling reproductive success in the genetic algorithm was expressed by a kind of continuum theory on the sparsely distributed particles in space. In order to verify the capability of the constructed measurement system, a performance test was made using the LES data set of an impinging jet. The developed 3D-PTV system was applied to the measurement of flow characteristics of the wake of a circular cylinder.
Splitting algorithms of the incompressible Navier-Stokes equations using P1P1/P2P1 finite element formulation are newly proposed. P1P1 formulation allocates velocity and pressure at the same nodes, while P2P1 formulation allocates pressure only at the vertex nodes and velocity at both the vertex and mid nodes. For comparison of the elapsed time and accuracy of the two methods, they have been applied to the well-known benchmark problems. The three cases chosen are the two-dimensional steady and unsteady flows around a fixed cylinder, decaying vortex, and impinging slot jet. It is shown that the proposed P2P1 semi-splitting method performs better than the conventional P1P1 splitting method in terms of both accuracy and computation time.
In order to protect the turbine blade from working fluid of high temperature, many cooling techniques such as internal convection cooling, film cooling, impinging jet cooling and thermal barrier coating have been developed. With all other things, film-cooling has been widely used as the important alternative. In the present work, numerical analysis has been performed to investigate and to compare the film-cooling performance of various film-cooling hole schemes such as cylindrical, crescent, louver, and dumbbell holes. To analyze the turbulent flow and the film-cooling mechanism, three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis has been performed with shear stress transport turbulence model. The validation of numerical results has been assessed in comparison with experimental data. The characteristics of fluid flow and the film-cooling performance for each shaped hole have been investigated and evaluated in terms of centerline, laterally averaged and spatially averaged film-cooling effectivenesses. Among the film cooling holes, the dumbbell shaped hole shows better film-cooling effectiveness than the other shaped holes. And the louver and cylindrical shaped hole show the worst film cooling performance, and concentrated flows on near the centerline only.
It has been generally accepted that NOx formation increases as the maximum temperature or correspondingly the maximum pressure of a combustion system increases. Recently some exceptional experimental results have been reportes that under certain circumstance NOx formation could be reduced while the maximum pressure was increasing by varying the methods of combustion for the same kind of premixed gases. Until now that kind of results have been acquired only for the case of a dual opposed prechamber. But the mechanism has not been clearly understood yet. 3D computer simulation has been tried to clarify the mechanism. Flor this purpose KIVA-Ⅱ has been modified and applied to the model combustion chamber with which the same kind of experimental works have been done by the authors. A good agreement with the experimental results was achieved with the spatial and temporal resolution which is hard th be obtained by the experimental methods. And it was observed that for the dual opposed prechamber case the time for the NOx formation, which is non-equilibrium reaction, is shorter than any other case by an appropriate mixing process in the main combustion chamber. The shorter time reduceed heat loss through the combustion chamber walls and thereby obtaines the higher maximum pressure.
본 연구는 하수처리장에서 최종 방류되는 하수처리수의 거품발생 원인분석과 저감방안을 제시하고자 수행되었다. 감조하천의 방류구에서 거품이 발생하는 것은 구조적인 문제점으로 파악되었다. 거품은 낙차에 의한 공기 연행과 확산방지막에 의한 내부축적이 주요한 원인이었다. 이러한 여건을 고려하여, 방류수로와 방류구 종단에서 미세스크린과 수중방류를 통해 거품발생을 완화시킬 수 있는 효과적인 방안을 제시하였다.
An experimental study has been performed to investigate the heat transfer characteristics of fin and tube heat exchanger. The existing transient and steady methods are very difficult to apply for the measurements of heat transfer coefficients of a thin heat transfer model. In this study the lumped capacitance method was adopted. The heat transfer coefficients were measured by using the lumped capacitance method based on the liquid crystal thermography. The method is validated through impinging jet and flat plate flow experiments. The two experiments showed that the results of the lumped capacitance method with polycarbonate model showed very good agreements with those of the transient method with acryl model. The lumped capacitance method showed similar results regardless of the thickness of polycarbonate model. The method was also applied for the heat transfer coefficient measurements of a fin and tube heat exchanger. The quantitative heat transfer coefficients of the plate fin were successfully obtained. As the frontal velocity increased, the heat transfer coefficients were increased, but the color-band shape showed similar patterns regardless of frontal velocity.
유도탄 발사 시 화염은 발사 장치 및 인접 구조물에 심각한 손상을 야기할 수 있다. 본 연구는 유도탄 발사 시 함정과 유도탄의 초기 운동에 의해 유도탄의 화염이 인접 구조물에 미치는 영향을 분석하기 위하여 수행하였다. 이를 위해 함정과 유도탄의 초기 운동에 영향을 미치는 각 인자들을 확률분포로 정의하고 Monte Carlo 해석 기법을 이용하여 통계적으로 발생할 수 있는 유도탄 이탈 영역을 분석하였다. 그 후 유도탄의 화염이 인접 구조물에 가장 큰 영향을 미치는 유도탄 이탈 궤적에 대해 CFD기법을 이용하여 유동-운동해석을 수행하였다. 이와 같은 방법으로 유도탄 발사 시 함정과 유도탄의 초기 운동에 의해 유도탄 화염이 인접 구조물에 미치는 영향을 분석하였다.
Experimental studies on determination of the supply leading time of propellants to combustion chamber have been made to stably and efficiently guarantee the ignition process with liquid rocket engine. The propellant used is a Jet A-1 as fuel and a liquid oxygen as oxidizer. Unlike impinging FOOF type of injectors are arranged radially and the designed O/F ratio is 2.34. The present experiment program also includes the stability on the quadlet type of ignitor using the triethylalumimum as an ignition source and injector life tests. Experimental results clarifies that the propellant supply through LOx leading to combustion chamber is proper for stable ignition and combustion processes based on the fuel and oxidizer manifold pressures, combustion chamber pressure, and the variation of flame length from the nozzle exit with lapse time, and shows that the leading supply time of propellants affects the engine performance little. The effect of positioning cooling holes is remarkable to protect the injector face.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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