A numerical analysis was performed to predict the thermo-fluid dynamic characteristics of hydrazine monopropellant reaction in the thruster combustor and nozzle. A 1-D porous model was introduced to simulate catalytic reaction by iridium in the combustor while 2-D axisymmetric analysis was applied to predict the nozzle flow. The chemical species and temperature variations were predicted by changing the injection pressure and mass flow rate and their results were validated by comparison with limited experimental data. The thrust variation with injection pressure could be estimated using the current 1-D combustor modeling.
Gas atomization of liquid metal using nozzle technology has more advantages over other methods. Previous study shows that high-velocity gas is important for effective liquid metal atomization. An important first step towards understanding the gas atomization using nozzle is complete evaluation of the flow fields. This will provide a basis for understanding how well high velocity gas is brought to bear on the liquid metal. Present work is a fundamental study of liquid metal atomization for various pressure ratio, different gas and temperature. A two-dimension, axisymmetry compressible Navier-Stokes equations are considered. Two-equation k-epsilon turbulence model is selected.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.17
no.7
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pp.642-648
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2005
This study has been conducted to investigate the thermopneumatic and flow characteristics of diffuser/nozzle based thermopneumatic micropumps. In this study, a transient three-dimensional numerical analysis using FSI (Fluid-Structure Interaction) model has been employed to analyze the effects of the interaction between the membrane and two fluids (air and water) in the thermopneumtic micropump. The transient temperature and pressure in the cavity, the transient displacements of the membrane and the net flow rate of the micropump have been closely calculated for the frequency of 1 Hz. It has been found that the difference of the flow rates at the inlet and outlet is larger in the cooling period than in the heating period and that the duty ratio is very important in association with pump performance because the temperature in the cavity ascends drastically in the heating period and descends slowly in the cooling period. This study can be regarded as fundamental understandings for the design and analysis of thermopneumatic micropumps.
Yan, Zhitao;Zhong, Yongli;Cheng, Xu;McIntyre, Rory P.;Savory, Eric
Wind and Structures
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v.27
no.2
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pp.101-109
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2018
Wall jet flow exists widely in engineering applications, including the simulation of thunderstorm downburst outflows, and has been investigated extensively by both experimental and numerical methods. Most previous studies focused on the scaling laws and self-similarity, while the effect of lip thickness and external stream height on mean velocity has not been examined in detail. The present work is a numerical study, using steady Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) simulations at a Reynolds number of $3.5{\times}10^4$, of a turbulent plane wall jet with an external stream to investigate the influence of the wall jet domain on downstream development of the flow. The comparisons of flow characteristics simulated by the Reynolds stress turbulence model closure (Stress-omega, SWRSM) and experimental results indicate that this model may be considered reasonable for simulating the wall jet. The confined wall jet is further analyzed in a parametric study, with the results compared to the experimental data. The results indicate that the height and the width of the wind tunnel and the lip thickness of the jet nozzle have a great effect on the wall jet development. The top plate of the tunnel does not confine the development of the wall jet within 200b of the nozzle when the height of the tunnel is more than 40b (b is the height of jet nozzle). The features of the centerline flow in the mid plane of the 3D numerical model are close to those of the 2D simulated plane wall jet when the width of the tunnel is more than 20b.
To develop a piezoelectric inkjet printhead for high-resolution and high-speed printing, we studied the characteristics of an inkjet printhead by analyzing the major design parameters. An analytical model for the inkjet printhead was established, and numerical analysis of the coupled first-order differential equation for the defined state variables was performed using state equations. To design the dimension of the inkjet printhead with a driving frequency of 100 kHz, the characteristics of the flow rate and discharge pressure of the nozzle were analyzed with respect to design variables of the flow chamber, effective sound wave velocity, driving voltage, and voltage waveform. It was predicted that the change in the height of the flow chamber does not significantly affect the Helmholtz resonance frequency and discharge speed of the nozzle. From the analysis of change in flow chamber width, it is observed that as the width of the flow chamber increases, the ejection speed greatly increases and the Helmholtz resonance frequency decreases considerably, thereby substantially affecting the performance of the inkjet printhead.
The current machinery and tools of secondary channel of the nuclear power plants were produced in the carbon-steel and low-alloy steel. What produced with the carbon-steel occurs wall thinning effect from flow accelerated corrosion by the fluid flow at high temperature, high pressure. Several nuclear power plants in Korea have experienced wall thinning damage in the area around the impingement baffle-installed. Wall thinning by flow accelerated corrosion occurs piping system, the heat exchanger, steam condenser and feedwater heaters etc,. Feedwater heaters of many nuclear power plants have recently experienced sever wall thinning damage, which will increase as operating time progress. This study describes the comparisons between the numerical results using the FLUENT code and experimental data of down scale model.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.3
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pp.248-253
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2009
This paper presents a numerical study for unsteady flows in a high-pressure steam turbine with a partial admission stage. Compressible Navier-Stokes equations are solved by the high-order high-resolution finite-difference method based on the fourth-order compact MUSCL TVD scheme, Roe's approximate Riemann solver, and the LU-SGS scheme. The SST-model is also solved for evaluating the eddy-viscosity. The unsteady two-dimensional flows through whole nozzle-rotor cascade channels considering a partial admission are numerically investigated. 108 nozzle passages with two blockages and 60 rotor passages are simultaneously calculated. The influence of the flange in the nozzle box to the lift of rotors is predicted. Also the efficiency of the partial admission stage changing the number of blockages and the number of nozzles is parametrically predicted.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.6
no.2
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pp.1-7
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2002
In the modern propulsion systems, requited thrust is obtained using a nozzle. Sometimes shock and induced boundary layer separation is generated in an over-expanded convergent-divergent supersonic nozzle. It occurs because the nozzle expansion ratio is too large for a given nozzle pressure ratio (NPR). This phenomenon can be explained that it redefines effective nozzle geometry, shorer nozzle geometry and lower pressure ratio, in a given pressure ratio. Numerical studies were conducted about a fixed geometry 2D nozzle in overexpanded condition and compared with Hunter's experimental result. For the numerical simulation of the supersonic nozzle, Navier-Stokes equations are considered and as a turbulent model, $\kappa$-$\varepsilon$ /$\kappa$-$\omega$ blended SST two equation turbulent model is used. The characteristics of $\lambda$-shape shock systems due to the interaction of shock and boundary layer was investigated in a low NPR. And the result of comparison of thrust value shows that a fixed geometry nozzle can cover required flight mission.
The two-fluid equations are widely used to simulate two-phase flows in a nuclear reactor. For the two-fluid momentum equation, the wall and interfacial drag terms play an important role in predicting a two-phase flow behavior. Since the bubble density is much smaller than the water density, the bubble accelerates faster than the liquid in a nozzle. As a result, the bubble phase becomes faster than the liquid phase in the nozzle. In contrast, the opposite phenomena occur in the diffuser. The purpose of our study is to experimentally show these behaviors in an area-varying channel such as nozzle and diffuser. Experiments were made of turbulent bubbly flows in an area-varying horizontal channel. The velocities of the bubble and liquid phases were measured by the PIV technique. It was shown that the two-phase velocities were no longer close to each other in the area-varying regions. The bubble was faster than the liquid in the nozzle; in contrast, the bubble was slower than the liquid in the diffuser. Code simulations were also performed using the MARS code. By replacing the original wall drag model in the MARS code with Kim (1)'s wall drag partition model, we obtained the simulation results being consistent with experimental observations.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.8
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pp.790-796
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2008
Typical solid rocket motors have a fixed propellant grain shape and nozzle throat size resulting in a fixed motor thrust. Pintle nozzle has been suggested as a means of providing variable thrust while maintaining the inherent advantage of solid rocket motors. In this study, the pintle shape effect on nozzle performance is investigated using experimental-aided Computational Fluid Dynamics(CFD). The pintle shape is modified by a principle of monotony. CFD analysis is performed using Fluent by applying the turbulent model. This analysis indicates that nozzle thrust and pintle load are influenced by change of nozzle shock pattern and flow separation due to pintle shape and there exists a high-performing pintle shape.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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