An experimental study was performed to investigate the liquid jet breakup of a circular nozzle and elliptical nozzles. Furthermore Numerical simulation was attempted to investigate the internal flow structure in the circular and elliptical nozzles. This study showed that the disintegration characteristics of the liquid jet of elliptical nozzles were much different from those of the circular nozzle. The liquid jet issued from the elliptical nozzles became more unstable at the same injection pressure. Surface breakup was observed at the jet issued from the elliptical nozzles with the increase of injection pressure. The disintegration of the liquid jet of elliptical nozzles was related with the internal flow structure which is revealed from the numerical simulation.
원형 및 타원노즐의 내부유동과 외부유동의 상관관계를 알아보기 위해 실험적 연구가 수행되었다. 분사압력에 따라 유량, 분무각, 액적크기 등의 외부유동에 관해 관찰하였고, 노즐 내부유동의 유속 및 압력분포 등을 수치해석을 통해 정량적인 결과를 도출하였다. 외부유동의 경우, 동일한 압력조건하에서 타원형 노즐의 경우, 원형 노즐에서 나타나지 않는 표면분열의 분무특성을 관찰할 수 있었고, 수치해석을 통해 노즐 내부의 유동을 분석한 결과, 원형의 경우와는 달리 타원형 노즐의 단축에서 내부유동의 재부착이 노즐 벽면에서 발생되었다. 타원노즐 외부유동의 표면분열이 내부유동에 따른 결과라고 판단된다.
A numerical simulation was performed to investigate the internal flow characteristics in gas turbine nozzle by the variation of flow area of the nozzle. In general the area of turbine nozzle is chosen by the most substantial factor on performance improvement of turbine at the first stage. In the performances test through CFD analysis for three types of nozzle with conventional, enlarged and reduced area, reduced one with effective flow area (EFA) was the most efficient. That is the minimum effective value within EFA limit defined by the manual of technical order had a good performance. It is useful to avoid the low power problem in the test of performance after maintenance and overhaul of turbine engine.
추력이 최적화된 노즐의 초음속 유동장에 대한 노즐벽면각도의 영향이 수치해석적으로 조사되었다. 30톤급 로켓엔진의 연소기와 작동조건이 최적노즐형상을 조사하기 위하여 선택되었다. 연소생성물의 노즐유동은 케로신-액체산소의 이동평형계산에 의해서 구현되었다. 노즐벽면 각도의 변화는 내부충격파 및 2차 충격파의 발달형태를 다르게 유도하였다. 내부충격파가 노즐출구에서 특정위치에 있을 때 최적노즐이 얻어졌다. 최적노즐에 대한 노즐벽면 각도들은 충격파를 고려하지 않고 얻어진 최적노즐 형상과 매우 유사하게 얻어졌다.
When high-pressure gas is exhausted through nozzle exit to the atmosphere, expanded supersonic jet is formed with the Mach disk at a specific condition. In two-dimensional supersonic jets, the hysteresis phenomenon of the reflected shock waves is found to occur under quasi-steady flow conditions. Transitional pressure ratio between the regular reflection and Mach reflection in the jet is affected by this phenomenon. In the present study, experiments are carried out on internal flow in a supersonic nozzle to clarify the hysteresis phenomena for the shock waves and to discuss its interdependence on the rate of the change of pressure ratio with time. Flow visualization is carried out separately on the straight and divergent channels downstream of the nozzle throat section. The influence that the hysteresis phenomena have on the location of shock wave in a supersonic nozzle is also investigated experimentally.
고체 추진기관의 추력을 조절하기 위하여 사용되는 핀틀은 초음속 유동장 내부에 위치하기 때문에 핀틀 팁의 형상과 노즐의 Contour형상에 따라 초음속 노즐 내부는 복잡한 유동장 패턴을 가지게 된다. 본 연구는 핀틀 노즐성능에 대한 연구로 Needle형 핀틀을 사용하여 수행한 공압 시험과 수치해석을 이용하여 핀틀의 위치에 따른 초음속 노즐 내부 유동장 변화가 핀틀 노즐의 추력성능에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 연구의 결과, 노즐 내부에 3가지 충격파가 존재하고 경사충격파의 위치가 핀틀의 위치에 따라 진동함을 알 수 있었다.
The purpose of this study is to examine the effect of nozzle shapes on the performance and internal flow characteristics of a cross-flow type hydro turbine for wave power generation. The performance of the turbine is calculated with the variation of rotational speed for 4 types of the nozzle shape using a commercial CFD code. The results show that nozzle shape should be designed considering available head of the turbine. Best efficiencies of the turbine by 4 types of the nozzle shape do not change largely but overall performances varies mainly by the nozzle width. The output power of the cross-flow type hydro turbine changes considerably by the nozzle shape and a partial region of stage 2 in the runner blade passage produces maximum regional output power in comparison with the other runner blade passage areas.
핀틀 움직임에 따라 노즐 팽창비와 압력비가 동시에 연소면적도 변함에 따라 노즐 내부의 유동장 구조는 물론 유동박리 특성도 변한다. 본 논문에서는 핀틀 위치가 노즐 내부 유동장 구조에 미치는 영향을 공압시험과 수치해석 기법을 이용하여 분석하였다. Fluent에서 제공하는 RANS를 위한 난류모델을 적용한 결과, Spalart-Allmaras 모델이 공압시험에 얻은 노즐벽면 압력을 잘 모사하는 것으로 나타났다. 적용된 노즐이 원뿔형 노즐이었음에도 핀틀 끝단에서 발생한 유동박리에 의한 충격파 때문에 Contoured 또는 Optimized 노즐에서 나타나는 Cap-shock pattern과 유사한 유동 구조가 나타났다.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권2호
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pp.137-142
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2016
Variable Geometry System (VGS) is widely applied to the nozzle vane for the radial inflow turbine constituting automotive turbochargers for the purpose of optimizing the power output at each operating condition. In order to improve the performance of radial turbines with VGS, it is necessary to clarify the influences of the setting angle of nozzle vane on the internal flow of radial turbine. However, the experimental measurements are considered to be difficult for the flow in radial turbines because of the small size and the high rotational speed. In the present study, the numerical calculations were carried out for the flow in the radial turbine at three operating conditions by applying the corresponding nozzle vane exit angles, which were set up in the experimental study, as the inlet boundary condition. The numerical results revealed the characteristic flow behaviors at each operating condition.
The effects of the internal flow in a diesel injection nozzle on the atomization of the spray has been investigated experimentally. Flow visualization was made using a transparent acrylic model nozzle. And also, measurement of the sac chamber pressure was made for clartfying the effect of pressure fluctuation in the sac chamber on the wpray behaviors. The geometry of the model nozzle was scaled up 10 times of the actual nozzle and the injection pressure for the model nozzle was adjusted so as to achieve a Reynolds number at the discharge hole which was the same as the actual nozzle. Polystyrene tracers, a laser sheet light and a still/high speed video camera were used to visualize the flow pattern in the sac chamber. When the needle lift was small, the high turbulence in the sac chamber generated by the high velocity seat flow made the spread angle of the spray large. Cavitation which arose in the sky chamber induced the pressure fluctuation and then affects the spread angle of the spray.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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