Three-dimensional vortical flow and separated flow topology near the casing wall in an axial flow fan having two different tip clearances have been investigated by a Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) flow simulation. The simulation shows that the tip leakage vortex formed close to the leading edge of the blade tip on suction side grows in the streamwise direction. On the casing wall, a separation line is formed upstream of the leakage vortex center due to the interference between the leakage vortex and main flow. The reverse flow is observed between the separation line and the attachment line generated downstream of the trailing edge, and increased with enlarging tip clearance. The patterns of a leakage velocity vector including a leakage flow rate are also analyzed according to two tip clearances. It is noted that the understanding of the distribution of a limiting streamline on the casing wall is very important to grasp the characteristics of the vortical flow in the axial flow fan.
Separated flows passed complex geometries are modeled by discrete vortex techniques. The flows are assumed to be rotational and inviscid, and a new techlnique is described to determine the stream functions for linear shear profiles. The geometries considered are the snow cornice and the backward-facing step, whose edges allow for the separation of the flow and reattachment downstream of the recirculation regions. A point vortex has been added to the flows in order to constrain the separation points to be located at the edges, while the conformal mappings have been modified in order to smooth the sharp edges and to let the separation points free to oscillate around the points of maximum curvature. Unsteadiness is imposed to the flow by perturbing the vortex location, either by displacing the vortex from the equilibrium, or by imposing a random perturbation with zero mean to the vortex in equilibrium. The trajectories of passive scalars continuously released upwind of the separation point and trapped by the recirculating bubble are numerically integrated, and concentration time series are calculated at fixed locations downwind of the reattachment points. This model proves to be capable of reproducing the trapping and intermittent release of scalars, in agreement with the simulation of the flow passed a snow cornice performed by a discrete multi-vortex model, as well as with direct numerical simulations of the flow passed a backward-facing step. The results of simulation indicate that for flows undergoing separation and reattachment the unsteadiness of the recirculating bubble is the main mechanism responsible for the intense large-scale concentration fluctuations downstream.
The vortex tube is a simple device which splits a compressed gas stream into a cold stream and a hot stream without any chemical reactions. Recently, vortex tube is widely used to local cooler of industrial equipments and air supply system. In this study, the insulation effect of surface on the efficiency of vortex tube was performed experimentally. The experiment is carried out for nozzle area ratio of 0.194, diameter ratio of cold end orifice of 0.6 and input pressure ranging from 0.2Mpa to 0.5Mpa. The purpose of this study is focused on the effect of surface insulation of vortex tube with the variation of cold air mass flow ratio. The results indicate that the temperature difference of cold and hot air are higher about 12% and 30% than that of not insulated vortex tube respectively. Furthermore, for the insulated vortex tube, the similarity relation for the prediction of cold end temperature as the function of cold air mass flow ratio and input pressure is obtained.
In this study, the $CO_2$ removal characteristics of the Vortex tube type absorbtion apparatus were investigated to enhance the compactness of $CO_2$ absorption process and to reduce the amount of absorbing solution of the $CO_2$ separation process. The Vortex tube with the diameter of 17 mm and the length of 250mm was introduced in the experimental apparatus to treat $20Nm^3/hr$ of $CO_2$ containing flue gas. The flue gases for experiments containing 11~13 vol% of $CO_2$ were supplied from the coal-firing CFBC power plant with 12 ton/hr of steam producing capacity. The mixed solutions of 20 wt% of MEA as base solution with the adding solutions like HMDA, AMP and KOH were used as absorbents. The experiments were executed under the various conditions like the absorbing solution concentrations in the range of 20 to 50 wt%, the flow rate of $CO_2$ containing flue gases in the range of 6 to $15Nm^3/hr$ and the flow rate of absorbing solution in the range of 1.0 to 3.0 l/min. As a results, the $CO_2$ removal efficiency of mixed absorbent of 20 wt% of MEA with HMDA was remarkable. From this study, we concluded that the efficient separation of $CO_2$ from flue gases using the features of the Vortex tube type absorbing unit for gas/liquid contact and the separation of gas/liquid be possible. But more works are needed to increase the $CO_2$ removal efficiency of Vortex tube process.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.2
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pp.262-270
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2011
Experimental and numerical investigations were conducted for an internal flow in an axial flow stator of a diagonal flow fan. A corner separation near the hub surface and the suction surface of a stator blade was focused on, and further, three-dimensional vortices in separated flow were investigated by the numerical analysis. At low flow rate of 80% of the design flow rate, a corner separation of the stator between the suction surface and the hub surface can be found in both experimental and calculated results. Separation vortices are observed in the limiting streamline patterns both on the blade suction and on the hub surfaces at 80% of the design flow rate in the calculated results. It also can be observed in the streamline pattern that both vortices from the blade suction surface and from the hub surface keep vortex structures up to far locations from these wall surfaces. An attempt to explain the vortices within a three-dimensional separation is introduced by using vortex filaments.
The unsteady flow characteristics and the related noise of separated incompressible laminar boundary layer flows (Re$\sub$$\delta$/* = 614, 868, and 1,063) are numerically investigated. The characteristic lines of the wall pressure are examined to identify the primary noise source, related with the unsteady motion of the vortex at the reattachment point of the separation bubble. The generation and propagation of the vortex-induced noise in the separated laminar boundary layer are computed by the method of Computational Aero-Acoustics (CAA), and the effects of Reynolds number, Mach number and adverse pressure gradient strength are examined.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.15
no.2
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pp.201-210
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1999
Cyclones have been extensively used in the industry for removing fine particles from the gaseous streams, based on simplicity in design and construction in association with low cost and flexibility to operate in extreme and harsh environments. However, industrial cyclones are typically not very efficient for particles smaller than 10μm. In this work, in order to improve the separation efficiency of reverse flow cyclones, a simple device named Post Cyclone(Poc) in installed on the top of an existing cyclone. Thereby the residual swirl present at the outlet (vortex finder) of a conventional cyclone has been used to capture the escaped dust from the cyclone in the PoC. The performance of PoC was closely evaluated by changing configuration of the PoC and operation condition. In addition, the dust behaviour in th PoC was investigated based on the hypothesis of residual vortex.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.15
no.2
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pp.87-94
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2003
To reduce the air side pressure drop in air-cooled heat exchanger, tow-in type winglet vortex generators are applied. A specially designed multiple-channel test core was used in the experiments for the various geometry of winglet vortex generators. The proposed tow-in type vortex generator gives significant separation delay, reduces form drag, and removes the zone of poor heat transfer from near-wake of the tubes. The results show the significant pressure drop reduction for the tow-in win91e1 vortex generators with the similar enhancement of the heat transfer as other vortex generator applications in heat exchanger. In the range of Reynolds number of 350 to 2100 the pressure drop decrease 8∼15% and 34∼55% for the in-line and staggered tube banks, respectively, compared to those without vortex generators.
The present study deals with CFD analysis of 'The vortex generators on plastic plate heat exchanger'. When a vortex generator is placed on the heat transfer surface, the flow gets more complex because it entails complicated three-dimensional flows such as separation, reattachment, and recirculation. CFX-5.4, a commercial code utilizing unstructured mesh, has been used as a computational method for solving RANS(Reynolds-Averaged Wavier-Stokes) equations, and the applied turbulence model is $k-{\varepsilon}$ model. In addition, those computational analyses were implemented under various conditions , with or without the vortex generator between two plates, the number, form and the size of vortex generator, and different attack of angle. From the calculated temperature, velocity and pressure distribution, vorticity, wall heat flux and so on under those conditions, this study shows the effect of vortex on heat transfer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.6
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pp.877-883
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1987
A new improved inviscid separation model to calculate the mean flow past circular cylinders is proposed. The wake region is modeled by a pair of vortex sheets which emerge from the separation points and are allowed to move freely with the local stream. The vortex strength assumes a constant value for some initial distance which is related to the pressure drag and gradually decreases to zero as the sheet moves farther away from the body. This vorticity distribution automatically takes care of the length parameter which has been one of the deficiencies in the existing models. The procedure is tested against various experimental data and the agreement is quite good for both sub and super-critical regimes. The comparison with an existing model is also given.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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