The characteristics of turbulent flow and mixing in a small can type combustor are investigated by means of Large Eddy Simulation (LES). Attention is paid for a combustor having a baffle plate with oxidant injection and fuel injection holes and study is made for three cases of different baffle plate configurations. From the result, it is confirmed that mixing is promoted by interaction between the jets during their developing process and large vortical flows generated in the vicinity of the combustor wall or fuel jet front. This particular flow feature is effective to accelerate the slow mixing between fuel and oxidant suffering from low Reynolds number condition in such a small combustor. In particular, the vortical flow region ahead of fuel jet plays an important role for rapid mixing. Discussion is made for the time and space averaged turbulent flow and scalar quantities which show peculiar characteristics corresponding to different vortical flow structures for each baffle plate shapes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.3
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pp.846-857
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1995
An experimental study is made of turbulent shear flows in a nearly two-dimensional 90.deg. curved duct by using the hot-wire anemometer. The Reynolds normal and shear stresses, triple velocity products, integral length scales, Taylor micro length scales and dissipation length scales are measured and analyzed. For a positive shear at the inlet, the afore-mentioned turbulence quantities are all suppressed. However, when the inlet shear flow is negative, they are augmented, i.e., the convex curvature suppresses the turbulence whereas the concave curvature augments it. It is found that the curvature effects are rather sensitive to the triple velocity products than the Reynolds stresses. The evolution of turbulence under the curvature with the different shear conditions is well described by the modified curvature parameter S' and the non-dimensional development time ${\tau}$.'
The relevance of turbulent mixing in estuarine numerical models for stratified two-layer shallow water flows is analysed in this paper. A one-dimensional numerical model was developed for this purpose by extending an immiscible two-layer model with an additional source term, which accounts for turbulent mixing effects, namely the entrainment of fluid from the lower to the upper layer. The entrainment rate is quantified by an empirical equation as a function of the bulk Richardson number. A finite volume method based on an approximated Roe solver was used to solve the governing coupled system of partial differential equations. A comparison of numerical results with and without entrainment is presented to illustrate the influence of entrainment on both the salt-water intrusion length and lower layer dynamics. Furthermore, one example is given to demonstrate how entrainment terms may help to stabilize the numerical scheme and prevent a possible loss of hyperbolicity. Finally, the model with entrainment is validated by comparing the numerical results to field measurements.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.11
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pp.1561-1568
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2001
In the present study, flow characteristics of turbulent pulsating flow in a square-sectional 180$^{\circ}$curved duct were experimentally investigated. The experimental study for air flows in a curved duct are carried out to measure axial velocity profiles, wall shear stress distributions and entrance length in a square-sectional 180$^{\circ}$curved duct by using the Laser Doppler Velocimeter(LDV) system and the data acquisition. Velocity profiles are obtained using the Rotating Machinery Resolver(RMR)and PHASE software in case of turbulent pulsating flow. Finally, it was plotted by the ORIGIN software. The experiment was conducted in seven sections from the inlet (ø = 0$^{\circ}$) to the outlet (ø=l80$^{\circ}$) at 3 0$^{\circ}$intervals of the duct.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.17
no.2
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pp.52-60
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2009
The purpose of this research is to develop high efficiency plastic plate heat exchangers which can be substituted for conventional aluminum plate heat exchangers. Four simulation models of plastic plate heat exchangers are designed and simulated: that is, flat plate type, turbulent promoter type, corrugate type and dimple type heat exchanger. The flat plate type is designed as the reference model in order to evaluate how much thermal performance increases. The turbulent promoter type is fabricated with cylindrical-type vortex generators and rib-type turbulent promoters. The corrugate type is obtained from the conventional stainless steel compact heat exchangers, which are called the herringbone-type compact heat exchangers. The dimple type has a number of dimples on its surface. In this study, the flow and heat transfer characteristics of the plastic plate heat exchanger are investigated using numerical simulation and compared with experimental results. Numerical simulation is carried out using the FLUENT code. The flows are assumed as a three-dimensional, incompressible and turbulent model. The computational analysis and experimental results both show that the friction coefficient and Nu number is highest in the corrugate type. The tendency of numerical simulation results is in good agreement with that of the experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.11
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pp.1302-1314
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2004
Turbulent heat transfer to $CO_2$ at supercritical pressure flowing in vertical tubes is investigated using direct numerical simulation (DNS). A conservative space-time discretization scheme for variable-density flows at low Mach numbers is adopted in the present study to treat steep variations of fluid properties at supercritical pressure just above the thermodynamic critical point. The fluid properties at these conditions are obtained using PROPATH and used in the form of tables in the simulations. The buoyancy influence induced by strong variation of density across the pseudo-critical temperature proved to play a major role in turbulent heat transfer at supercritical state. Depending on the degree of buoyancy influence, turbulent heat transfer may be enhanced or significantly deteriorated, resulting in local hot spots along the heated surface. Based on the results of the present DNS combined with theoretical considerations, the physical mechanism of this local heat transfer deterioration is elucidated.
An experimental study was carried out in order to investigate the influence of flow conditions on a boundary layer in the near-wake of a flat plate. The flow conditions in the vicinity of the trailing edge that is influenced by upstream condition history are an essential factor that determines the physical characteristics of a near-wake. Tripping wires attached at various positions were selected to change flow conditions of a boundary layer. The flows such as laminar, transitional, and turbulent boundary layer at 0.98C from the leading edge are imposed in order to investigate the evolution of symmetric and asymmetric wake. An x-type hot-wire probe(55P61) is employed to measure at 8 stations in the near-wake. Test results show that the near-wake for the case of a turbulent boundary layer is relatively insensitive to instability after separating at the trailing edge, and Reynolds shear stress in the near-wake for the case of a turbulent boundary layer collapses due to turbulent kinetic energy.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.4
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pp.391-398
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2005
In this investigation, turbulent premixed combustion and flame front propagation in a gas turbine combustion chamber is studied. Direct numerical simulation of turbulent reacting flows demands extremely high computational resources, especially in more complicated geometry. The alternative choice may be left for Large Eddy Simulation (LES) by which only large scales are solved directly. In combustion problems, capturing the large scales' behavior without solving the details of small scales is a difficult task. Using a transport equation for description of the flame front propagation and therefore avoiding the calculation of inner flame structure is the basic idea of this study. For this purpose. the so-called G-equation has been used by which any iso-level of the G variable provides the flame location. A comparison with the experiment indicates that the present method can predict a turbulent velocity field and also capture a instantaneous 3-dimensional flame structure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.3
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pp.330-338
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2001
This paper is concerned with the effect of cylinder wakes upstream on blade characteristics of compressor cascade(NCA 65 series). At first, it is found that the velocity defect ratio of cylinder wake varies according to the acceleration and deceleration in a flow field but, is conserved nearly constant at flow downstream the cascade, irrespective of the flow path in the cascade. When a cylinder wake flows along near the suction surface of the blade, or impinges on the leading edge, the turbulent velocities are supplied on or inside the outer edge of boundary layer near the leading edge of suction surface, and the transition to a transitional or turbulent boundary layers is induced, so that the laminar separation is prevented, but the profile loss increases. The transition of boundary layer to a transitional or turbulent one is strongly related with the strength of added turbulent velocities near the leading edge on the suction surface, which is influenced by the flow path of a cylinder wake.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.11
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pp.1434-1443
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1999
The turbulent fluctuations of temperature and two components of velocity have been measured with hot- and cold-wires in the Thermally Stratified Wind Tunnel(TSWT). Using the fin-tube heat exchanger type heaters and the neural network control algorithm, both stable ($dT/dz=109.4^{\circ}C$) and unstable ($dT/dz=-49.1^{\circ}C$) stratifications were realized. An ambient air jet was issued normally into the cross flow($U_{\infty}=1.0 m/s$) from a round nozzle(d = 6 mm) flushed at the bottom waII of the wind tunnel with the velocity ratio of $5.8(U_{jet}/U_{\infty})$. The characteristics of turbulent dispersion in the cross flow jet are found to change drastically depending on the thermal stratification. Especially, in the unstable condition, the vertical velocity fluctuation increases very rapidly at downstream of jet. The fluctuation velocity spectra and velocity-temperature cospectra along the jet centerline were obtained and compared. In the case of stable stratification, the heat flux cospectra changes Its sign from a certain point at the far field because of the restratification phenomenon. It is inferred that the main reason in the difference between the vertical heat fluxes is caused by the different length scales of the large eddy motions. The turbulent kinetic energy and scalar dissipation rates were estimated using partially non-isotropic and isotropic turbulent approximation. In the unstable case, the turbulent energy dissipation decreases more rapidly with the downstream distance than in the stable case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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