In this study, we investigated how the performance of a Venturi changes when a hemispherical bump is applied to the divergent part of the Venturi tube and what causes the performance difference. The Venturi-tunnel experiment was conducted in the Reynolds number range of 0.2 × 105 - 1.2 × 105 and cavitation number range of 0.9 - 10. The bump was found to reduce the pressure loss coefficient and increase the discharge coefficient by shortening the cavitation length. The decrease in the cavitation length by the bump was explained by the strengthening of the re-entrant jet. The wake generated from the hemispherical bump seems to increase the adverse pressure gradient on the Venturi surface, thereby strengthening the re-entrant jet.
Kim, Bong-Su;Lee, Byung-Woo;Park, Warn-Gyu;Jung, Chul-Min
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.2
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pp.69-78
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2009
Cavitating flow simulation is of practical importance for many hydraulic engineering systems, such as pump, turbine, nozzle, injector, etc. In the present work, a solver for cavitating flow has been developed and applied to simulate the flows past axisymmetric cylinders. Governing equations are the two-phase Navier-Stokes equations, comprised of continuity equation of liquid and vapor phase. The momentum equation is in the mixture phase. The solver employed an implicit, dual time, preconditioned algorithm in curvilinear coordinates. Computations were carried out for three axisymmetric cylinders: hemispherical, ogive, and caliber-0 forebody shape. Then, the present calculations were compared with experiments and other numerical results to validate the present solver. Also, the code has shown its capability to accurately simulate the re-entrant jet phenomena and ventilated cavitation. Hence, it has been found that the present numerical code has successfully accounted for cavitating flows past axisymmetric cylinders.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.628-640
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2021
To investigate the supercavity geometry and gas flow structure for the supercavities with two closure types under the different flow conditions, an inhomogeneous multiphase model with the SST turbulence model was established, and validated by experimental results. The results show that two distinct regions exist inside the supercavity, which include the downstream flow region along the gas-water interface and the reverse flow region. For the twin-vortex supercavity, the internal gas leaks from the supercavity boundary by two paths: the supercavity surface and the two-vortex tubes. Increasing Froude number leads to more internal gas stripped from the supercavity surface. Two types of gas loss exist for the re-entrant jet supercavity with high Froude number, one type is the steady process of gas loss, and the major gas-leaking path is the supercavity surface rather than supercavity closure region. The other type is the unsteady periodic ejection, and the gas cluster of periodic ejection is merely a small part of the gas stored inside the supercavity.
Engineering interests of submerged bodies and turbomachinery has led researchers to study various cavitation models for decades. The governing equations used for the present work are the two-phase Navier-Stokes equations with homogeneous mixture model. The solver employed on implicit dual time preconditioning algorithm in curvilinear coordinates. Three different cavitation models were applied to two axisymmetric cylinders and compared with experiments. It is concluded that the Merkle's new cavitation model has successfully accounted for cavitating flows and well captured the re-entrant jet phenomenon over the 0-caliber cylinder.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.11a
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pp.21-24
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2006
공동 현상은 난류와 이상 유동으로 인해 그 해석에 어려움이 따르게 된다. 따라서 본 연구에서는 Pressure based 알고리즘을 이상 유동 포착 기법 중, volume fraction모델에 Kunz의 공동 현상 모델을 이용, 공동 현상을 해석할 수 있는 코드를 개발하였다. 이를 통해 2차원의 수중익 주위의 정상유동 해석을 통하여 수중익 주위의 압력 분포를 비교, 코드의 검증을 마쳤다. 또한 2차원 수중익 주위의 비정상 해석을 통해 재진입 영역의 발달에 따른 공동의 생성 및 붕괴를 모사하여 실험 결과와 비교하였다.
In case of a high-speed D.I. diesel engine. the injected fuel spray is unavoidable that the impinging on the wall of piston cavity and in this case the geometry of piston cavity has a great influence on the atomization structure and air flow fields. In the field of combustion and in many other spray applications, there are clear evidence of correlation between spray structure and emission of pollutants. Ordinary, the combustion chamber of driving engine have unsteady turbulent flow be attendant on such as the change of temperature, velocity and pressure. So the analysis of spray behavior is difficult. In this study, a single spray was impinged on each cavity wall at indicated angle in a quiescent atmosphere at room temperature and pressure, as being the simplest case, and 3 types of piston cavity such as Dish, Toroidal and Re-entrant type was tested for analyzing the influence of cavity geometry. And hot wire probe was used for analyze non-steady flow characteristics of impinging spray, and to investigate the behavior of spray, the aspects of concentration c(t), standard deviation $\sigma(t)$ and variation factor (v.f.) was measured with the lapse of time.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.8
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pp.653-662
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2007
Due to the difficulty raised from the coupling of cavitation modeling with turbulent flow, numerical simulation for two phase flow remains one of the challenging issues in the society. This research focuses on the development of numerical code to deal with incompressible two phase flow around 2D hydrofoil by combing the cavitation model suggested by Kunz et al. with $k-{\varepsilon}$ turbulent model. The simulation results are compared to experimental data to verify the validity of the developed code. Also, the comparison of the calculation results is made with LES results to evaluate the capability of $k-{\varepsilon}$ turbulence model. The calculation results show very good agreement with experimental observations even though this code can not grasp the small scaled bubbles in the calculation wheres LES can hold the real physics. This code will be extended to 3D compressible two phase flow for the study on the fluid dynamics in the inducers and impellers.
Cavitation on an axi-symmetric hemispherical head-form body was studied using an Reynolds-averaged Navier-Stokes equations solver based on a cell-centered finite volume method. To consider compressibility effects on the vapor phase and cavity interface, a pressure-based compressible flow CFD code was developed. To validate the developed CFD code, cavitating flow around the hemispherical head-form body was simulated using pressure-based incompressible and compressible CFD codes and validated against existing experimental data in the three-way comparison. The cavity shedding behavior, length of re-entrant jet, drag history, and Strouhal number of the hemispherical head-form body were compared between two CFD codes. The results, in this paper, suggested that the computations of cavitating flow with compressibility effects improve the description of cavity dynamics.
This paper describes a hybrid cleaning method of silicon wafer combining nano-bubble and ultrasound to remove sub-micron particles and contaminants with minimal damage to the wafer surface. In the megasonic cleaning process of semiconductor manufacturing, the cavitation induced by ultrasound can oscillate and collapse violently often with re-entrant jet formation leading to surface damage. The smaller size of cavitation bubbles leads to more stable oscillations with more thermal and viscous damping, thus to less erosive surface cleaning. In this study, ultrasonic energy was applied to the wafer surface in the DI water to excite nano-bubbles at resonance to remove contaminant particles from the surface. A patented nano-bubble generator was developed for the generation of nano-bubbles with concentration of 1×109 bubbles/ml and nominal nano-bubble diameter of 150 nm. Ultrasonic nano-bubble technology improved a contaminant removal efficiency more than 97% for artificial nano-sized particles of alumina and Latex with significant reduction in cleaning time without damage to the wafer surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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