Park, Sung-Soon;Kim, Min-Ki;Yoon, Ji-Su;Yoon, Young-Bin
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.4
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pp.26-34
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2011
The present work addresses structural characteristics of natural gas flames in a lean premixed swirl-stabilized combustor with an attention focused on the effect of the formation of recirculation zones on the combustion instability. It is known that the recirculation zone plays an important role in stabilizing a turbulent, premixed natural gas flames by providing a source of heat or radicals to the incoming premixed fuel and air. To improve our understanding of the role of recirculation zones, the flame structure was investigated for various mixture velocities, equivalence ratios and swirl numbers. The optically accessible combustor allowed for the application of laser diagnostics, and Particle Image Velocimetry(PIV) measurements was used to characterize the flame structure under both cold flow conditions and hot flow conditions. Dynamic pressures were also measured to investigate characteristics of combustion at the same time. The results indicates that the formation of recirculation zone is strongly related to the occurrence of thermo-acoustic instabilities.
Park, Jong-Ho;Lee, Sang-Yong;Kim, Si-Hwan;Chang, Soon-Heung
Nuclear Engineering and Technology
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v.22
no.4
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pp.326-336
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1990
Recent experiments show the existence of spacer grid improves the heat removal from the fuel rods during the reflood phase of LOCA. The local heat transfer within and downstream of the grid is increased due to the earlier quenching than rod surface, shattering of the entrained droplets into smaller ones which can be more easily evaporated and enhanced turbulent effect. Therefore, the consideration of these phenomena is necessary for the DFFB regime which prevails above the water level during the reflood. In this paper, droplet breakup model at spacer grid has been developed and incorporated into RELAP5/MOD2. Verification calculations are carried out for FEBA tests which examine the thermalhydraulic performance of grid spacer during reflood.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.13
no.1
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pp.51-60
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2005
This paper reviews the studies on the pressure drop and the heat transfer in microchannels. Although a lot of studies about the single-phase flow have been done until now, conflicting results are occasionally reported about flow transition from laminar flow to turbulent flow, friction factor, and Nusselt number. Some studies reported the early flow transition due to relatively greater wall effect like surface roughness, but the other studies showed that the flow transition occurred at the Reynolds number of about 2300 and the early flow transition might be due to less accurate measurement of the channel geometry. Also, there have been arguments whether the conventional relation based upon continuum theory can be applied to the fluid flow and the heat transfer in microchannels without modification or not. The studies about the two-phase flow in microchannels have been mostly about investigating the flow pattern and the pressure drop in rectangular channels using two-component, two-phase flow like air/water mixture. Some studies proposed correlations to predict two-phase flow pressure drop in microchannels. They were mostly based on Lockhart-Martinelli model with modification on C-coefficient, which was dependent on channel geometry, Reynolds number, surface tension, and so on. Others investigated the characteristics of flow boiling heat transfer in microchannels with respect to test parameters such as mass flux, heat flux, system pressure, and so on. The existing studies have not been fully satisfactory in providing consistent results about the pressure drop and the heat transfer in microchannels. Therefore, more in-depth studies should be done for understanding the fundamentals of the transport phenomena in the microchannels and giving the basic guidelines to design the micro devices.
An experimental study has been conducted to investigate the heat transfer characteristics of laminar syngas/air mixture with 10% hydrogen content impinging normally to a flat plate of cylinder. Effects of impinging distance, Reynolds number and equivalence ratio as major parameters on heat fluxes of stagnation point and radial direction were examined experimentally by the direct photos and data acquisitions from heat flux sensor. In this work, we could find the incurved flame behavior of line shaped inner top-flame in very closed distance between flat plate and burner exit, which has been not reported from general gas-fuels. There were 3 times of maximum and 2 times minimum heat flux of stagnation point with respect to the impinging distance for the investigation of Reynolds number and equivalence ratio effect. It was confirmed that the maximum heat flux of stagnation point in 1'st and 2'nd peaks increased with the increase of the Reynolds number due to the Nusselt number increment. There was a third maximum rise in the heat flux of stagnation point for larger separation distances and this phenomenon was different each for laminar and turbulent condition. The heat transfer characteristics between the stagnation and wall jet region in radial heat flux profiles was investigated by the averaged heat flux value. It has been observed that the values of averaged heat flux traced well with the characteristics of major parameters and the decreasing of averaged heat flux was coincided with the decreasing trend of adiabatic temperature in spite of the same flow condition, especially for impinging distance and equivalence ratio effects.
This study aims at modeling boundary layers (BLs) encountered in sparse and built environments (i.e. open, suburban and urban) at the subsonic Wind Tunnel (WT) at Ryerson University (RU). This WT has an insignificant turbulence intensity and requires a flow-conditioning system consisting of turbulence generating elements (i.e., spires, roughness blocks, barriers) to achieve proper turbulent characteristics. This system was developed and validated in the current study in three phases. In phase I, several Computational Fluid Dynamic (CFD) simulations of the tunnel with generating elements were conducted to understand the effect of each element on the flow. This led to a preliminary design of the system, in which horizontal barriers (slats) are added to the spires to introduce turbulence at higher levels of the tunnel. This design was revisited in phase II, to specify slat dimensions leading to target BLs encountered by tall buildings. It was found that rougher BLs require deeper slats and, therefore, two-layer slats (one fixed and one movable) were implemented to provide the required range of slat depth to model most BLs. This system only involves slat movement to change the BL, which is very useful for automatic wind tunnel testing of tall buildings. The system was validated in phase III by conducting experimental wind tunnel testingof the system and comparing the resulting flow field with the target BL fields considering two length scales typically used for wind tunnel testing. A very good match was obtained for all wind field characteristics which confirms accuracy of the system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.5
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pp.342-350
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2008
The effects of combustion instability on flow structure and flame dynamics with the inlet configurations in a model gas turbine combustor were investigated using large eddy simulation (LES). A G-equation flamelet model was employed to simulate the unsteady flame behaviors. As a result of mean flow field, the change of divergent half angle($\alpha$) at combustor inlet results in variations in the size and shape of the central toroidal recirculation (CTRZ) as well as the flame length by changing corner recirculation zone (CRZ). The case of ${\alpha}=45^{\circ}$ show smaller size and upstream location of CTRZ than those of $90^{\circ}$ and $30^{\circ}$ by the development of higher swirl velocity. The flame length in the case of ${\alpha}=45^{\circ}$ is shorter than other cases, while the case of ${\alpha}=30^{\circ}$ yields the longest flame length due to the decrease of effective reactive area with the absence of CRZ. Through the analysis of pressure fluctuation, it was identified that the case of ${\alpha}=45^{\circ}$ shows the largest damping effect of pressure oscillation in all configurations and brings in the noise reduction of 2.97dB, compared to that of ${\alpha}=30^{\circ}$ having the largest pressure oscillation. These reasons were discussed in detail through the analysis of unsteady phenomena related to recirculation zone and flame surface. Finally the effects of flame-acoustic interaction were evaluated using local Rayleigh parameter.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.23
no.4
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pp.276-284
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2011
The rip current occurred at Haeundae beach was numerically investigated under directional random wave environment. The numerical simulation was performed using a fully nonlinear Boussinesq equation model, FUNWAVE which is capable of simulating nearshore circulation since it includes the effect of wave-induced momentum flux and horizontal turbulent mixing. The results of numerical simulation show the time-dependent evolution of the wave-induced nearshore circulation system (including rip current) that are caused by nonlinear transformation of directional irregular waves due to unique topography of Haeundae. From the results, it was found that rip current is well generated and developed where relatively lower wave height and relatively deeper water depth along the longshore direction, and sudden and strong events of rip current were observed.
Kim, Jungeun;Lee, Sulha;Kim, Ji Eun;Kim, Ji Hye;Yoo, Min Jeong;Han, Songee;Lee, Changjin
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.672-674
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2017
The addition of swirl is a common technique used in premixed combustors in order to gain stability of the combustion with the improvements in mixing characteristics. recent experimental studies have observed that the addition of swirl oxidizer flow can effectively reduce the combustion instability in hybrid rocket. Investigation was continued to analyze the effect of the swirl on the internal flow of hybrid rocket engine main combustion chamber. The flow influenced by wall blowing as a representation of fuel evaporation interacts with swirling flow. Swirl angle increases, the amplitude of the combustion pressure decrease as the unstable combustion processes. These results suggest that the oxidizer swirling flow by the swirl angle causes the change of the turbulent flow characteristics inside the combustion chamber and suppresses the factors causing the combustion instability.
A new instrument, an average BDFT (Birectional Flow Tube), was proposed to measure the flow rate in single and two phase flows. Its working principle is similar to that of the Pilot tube, wherein the dynamic pressure is measured. In an average BDFT, the pressure measured at the front of the flow tube is equal to the total pressure, while that measured at the rear tube is slightly less than the static pressure of the flow field due to the suction effect downstream. The proposed instrument was tested in air/water vertical and horizontal test sections with an inner diameter of 0.08m. The tests were performed primarily in single phase water and air flow conditions to obtain the amplification factor(k) of the flow tube in the vertical and horizontal test sections. Tests were also performed in air/water vertical two phase flow conditions in which the flow regimes were bubbly, slug, and churn turbulent flows. In order to calculate the phasic mass flow rates from the measured differential pressure, the Chexal drift-flux correlation and a momentum exchange factor between the two phases were introduced. The test results show that the proposed instrument with a combination of the measured void fraction, Chexal drift-flux correlation, and Bosio & Malnes' momentum exchange model could predict the phasic mass flow rates within a $15\%$ error. A new momentum exchange model was also proposed from the present data and its implementation provides a $5\%$ improvement to the measured mass flow rate when compared to that with the Bosio & Malnes' model.
The supersonic flows around tandem cavities were investigated by two-dimensional and three-dimensional numerical simulations using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equation with the k- ω turbulence model. The flow around a cavity is characterized as unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices due to the interaction between the freestream shear layer and cavity internal flow, the generation of shock and expansion waves, and the acoustic effect transmitted from wake flow to upstream. The upwind TVD scheme based on the flux vector split with van Leer's limiter was used as the numerical method. Numerical calculations were performed by the parallel processing with time discretizations carried out by the 4th-order Runge- Kutta method. The aspect ratios of cavities are 3 for the first cavity and 1 for the second cavity. The ratio of cavity interval to depth is 1. The ratio of cavity width to depth is 1 in the case of three dimensional flow. The Mach number and the Reynolds number were 1.5 and $4.5{\times}10^5$, respectively. The characteristics of the dominant frequency between two- dimensional and three-dimensional flows were compared, and the characteristics of the second cavity flow due to the first cavity flow was analyzed. Both two dimensional and three dimensional flow oscillations were in the 'shear layer mode', which is based on the feedback mechanism of Rossiter's formula. However, three dimensional flow was much less turbulent than two dimensional flow, depending on whether it could inflow and outflow laterally. The dominant frequencies of the two dimensional flow and three dimensional flows coincided with Rossiter's 2nd mode frequency. The another dominant frequency of the three dimensional flow corresponded to Rossiter's 1st mode frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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