Free surface liquid jet impingement, which is applicable to cooling of hot plates in a steel-making process, is investigated numerically by solving the conservation equations of mass, momentum and energy in the liquid and gas phases. The free-surface of liquid-gas interface is tracked by an improved level-set method incorporating a sharp-interface technique for accurate imposition of stress and heat flux conditions on the liquid-gas interface. The level-set approach is combined with a non-equilibrium $k-{\omega}$ turbulence model. The computations are made for slit nozzle jets to investigate their flow and cooling characteristics. Also, the effects of jetting angle, velocity and moving velocity of plate on the interfacial motion and the associated flow and temperature fields are quantified.
The present study has focused on numerical investigation on the flame structure, flame lift-off and stabilization in the partially premixed turbulent lifted jet flames. Since the lifted jet flames have the partially premixed nature in the flow region between nozzle exit and flame base, level set approach is applied to simulate the partially premixed turbulent lifted jet flames for various fuel jet velocities and co-flow velocities. The flame stabilization mechanism and the flame structure near flame base are presented in detail. The predicted lift-off heights are compared with the measured ones.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.2
s.257
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pp.109-115
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2007
Airframe-integrated Scramjet engines of NASA Langley type consist of a compressor, a combustion chamber and a nozzle. When some disturbances occur in one module of the engine, its influences are propagated to other modules. In this study, it is investigated numerically how shock waves were caused by thermal choking in one module propagate upstream and how they influence adjacent modules. The calculations are carried out in 2-dimensional supersonic viscous flow model using explicit TVD scheme in generalized coordinates. The adverse pressure gradient caused by heat addition brings about separation of the wall boundary layers and formation of the oblique shock wave that proceed to upstream. This moving shock wave formed one module blocks the flow coming into the adjacent modules, which makes the modules unstarted.
Flow and noise analyses are conducted for examining a new design concept of impinging jet electronics cooling, and the analysis results are compared with conventional electronics cooling techniques. For the application of impinging jet electronics cooling method, the present study considers the air duct where air is supplied by axial fan and air flow from the duct is impinged vertically onto the electronic component heat source. Applying CFD simulation technique and fan noise model to the present cooling scheme, the cooling performance of the impinging jet as well as the operation condition and the noise characteristics of fan are investigated for various impinging jet nozzle conditions and fan models. Furthermore, the impinging jet electronics cooling analysis results are compared with the conventional parallel-flow cooling scheme to give the design concept and criteria of impinging jet cooling method.
Numerical simulations of n-heptane spray characteristics in a constant volume combustion chamber under diesel engine like conditions with increasing ambient gas density ($14.8-142kg/m^3$) and ambient temperature (800-1000 K) respectively were performed to understand the non-vaporizing and vaporizing spray behavior. The effect of fuel temperature (ranging 273-313 K) on spray characteristics was also simulated. In this simulation, spray modeling was implemented into ANSYS FORTE where the initial spray conditions at the nozzle exit and droplet breakups were determined through nozzle flow model and Kelvin-Helmholtz/Rayleigh-Taylor (KH-RT) model. Simulation results were compared with experimentally obtained spray tip penetration result to examine the accuracy. In case of non-vaporizing condition, simulation results show that with an increment of the magnitude of ambient gas density and pressure, the vapor penetration length, liquid penetration length and droplet mass decreases. On the other hand vapor penetration, liquid penetration and droplet mass increases with the increase of ambient temperature at the vaporizing condition. In case of lower injection pressure, vapor tip penetration and droplet mass are increased with a reduction in fuel temperature under the low ambient temperature and pressure.
The present work deals with the theoretical study of the effects of copper vapours resulting from the erosion of the electrodes on the properties of a SF6 arc in a Laval nozzle. Computations have been done for a DC arc of 1000A with upstream gas pressure of 3.75MPa. The arc plasma is assumed to be in local thermodynamic equilibrium(LTE). The sheath and non-equilibrium region around the electrodes are not considered in this model. However, its effects on the energy flux into the electrodes are estimated from some experimental and theoretical data. The turbulence effects are calculated using the Prandtl mixing length model. A conservation equation for the copper vapour concentration is solved together with the governing equations for mass, momentum and energy of the gas mixture. Comparisons were made between the results with and without electrodes erosion. It has been found that the presence of copper vapours cools down the arc temperature due to the combined effects of increased radiation and increased electrical conductivity. The copper vapour distribution is very sensitive to the turbulent parameter. The erosion of upstream electrode(cathode) has larger effects on the arc compared to the downstream electrode(anode) as the copper vapour eroded from the anode cannot diffuse against the high-speed axial flow.
A new method of numerical simulating prediction and decontamination effect evaluation for abrasive jet decontamination to radioactively contaminated metal is proposed. Based on the Computational Fluid Dynamics and Discrete Element Model (CFD-DEM) coupled simulation model, the motion patterns and distribution of abrasives can be predicted, and the decontamination effect can be evaluated by image processing and recognition technology. The impact of three key parameters (impact distance, inlet pressure, abrasive mass flow rate) on the decontamination effect is revealed. Moreover, here are experiments of reliability verification to decontamination effect and numerical simulation methods that has been conducted. The results show that: 60Co and other homogeneous solid solution radioactive pollutants can be removed by abrasive jet, and the average removal rate of Co exceeds 80%. It is reliable for the proposed numerical simulation and evaluation method because of the well goodness of fit between predicted value and actual values: The predicted values and actual values of the abrasive distribution diameter are Ф57 and Ф55; the total coverage rate is 26.42% and 23.50%; the average impact velocity is 81.73 m/s and 78.00 m/s. Further analysis shows that the impact distance has a significant impact on the distribution of abrasive particles on the target surface, the coverage rate of the core area increases at first, and then decreases with the increase of the impact distance of the nozzle, which reach a maximum of 14.44% at 300 mm. It is recommended to set the impact distance around 300 mm, because at this time the core area coverage of the abrasive is the largest and the impact velocity is stable at the highest speed of 81.94 m/s. The impact of the nozzle inlet pressure on the decontamination effect mainly affects the impact kinetic energy of the abrasive and has little impact on the distribution. The greater the inlet pressure, the greater the impact kinetic energy, and the stronger the decontamination ability of the abrasive. But in return, the energy consumption is higher, too. For the decontamination of radioactively contaminated metals, it is recommended to set the inlet pressure of the nozzle at around 0.6 MPa. Because most of the Co elements can be removed under this pressure. Increasing the mass and flow of abrasives appropriately can enhance the decontamination effectiveness. The total mass of abrasives per unit decontamination area is suggested to be 50 g because the core area coverage rate of the abrasive is relatively large under this condition; and the nozzle wear extent is acceptable.
A numerical study of turbulent condensing vapor jet submerged in subcooled liquids has been conducted. A physical model of the process is presented employing the locally homogeneous flow approximation of two phase flow in conjunction with a $\kappa$-$\varepsilon$-g model of turbulence properties. In this model the turbulence is represented by differential equations for its kinetic energy and dissipation. A differential equation for the concentration fluctuations is solved and a clipped normal probability distribution function is proposed for the mixture fraction. Effects of steam mass flux, pool temperature and nozzle internal diameter on the condensing vapor jet are also analyzed. The model is evaluated using existing data for turbulent condensing vapor jets. The agreement between the predictions and the available experimental data is good.
Kim, Joon-Young;Chun, Soo-Hwan;Myong, Rho-Shin;Kim, Won-Cheol
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.3
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pp.185-193
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2013
The plume infrared signature effects at various flight conditions of aircraft were investigated for the purpose of reducing infrared signature level. The nozzle of a virtual subsonic unmanned combat aerial vehicle was designed through a performance analysis. Nozzle and associated plume flowfields were first analyzed using a density-based CFD code and plume IR signature was then calculated on the basis of the narrow-band model. Finally, qualitative information for the plume infrared signature characteristics was obtained through the analysis of the IR signature effects at various flight conditions.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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v.y2005m4
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pp.399-402
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2005
The present numerical study describes the flow physics on the interaction between the supersonic freestream and jet plume. The compressible flow past a simplified afterbody model with a sonic nozzle is investigated using mass-averaged Navier-Stokes equations, discretized by a fully implicit finite volume scheme, and the standard $k-{\omega}$ turbulence model. The results obtained through the present study are discussed specifically regarding the effect of the plume pressure ratio, freestream Mach number and base dimensions on the location of the plume-induced shock wave generated on the afterbody by the underexpansion of the jet plume.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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