Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.12
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pp.1763-1773
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1998
In the present experimental study, the flow behavior in a semi-closed two-phase natural circulation loop was examined. Water was used as the working fluid. Heat flux, heater-inlet subcooling, and flow restrictions at the heater-inlet and at the expansion-tank-line were taken as the controlling parameters Six circulation modes were identified by changing heat flux and inlet subcooling conditions ; single-phase continuous circulation, periodic circulation (A), two-phase continuous circulation, and periodic circulations (B), (C), and (D). Among these, the single-phase and two-phase continuous-circulation modes exhibit no significant oscillations and are considered to be stable. Periodic circulation (A) is characterized by the large amplitude two-phase f10w oscillations with the temporal single-phase circulation between them, while periodic circulation (B) featured by the flow oscillations with continuous boiling inside the heater section. Periodic circulation (C) appears to be the manometric oscillation with continuous boiling. Periodic circulation (D) has the longer period than periodic circulation (B) and a substantial amount of liquid flow back and forth through the expansion-tank-line periodically ; this mode is considered the pressure drop oscillation. Parametric study shows that the increases of the inlet- and expansion-tank-line- restrictions and the decrease of inlet subcooling broaden the range of the stable two-phase(continuous circulation) mode.
Spinning detonations propagating in a circular tube were numerically investigated with a one-step irreversible reaction model governed by Arrhenius kinetics. Activation energy is used as parameter as 10, 20, 27 and 35, and the specific heat ratio and the heat release are fixed as 1.2 and 50. The time evolution of the simulation results was utilized to reveal the propagation mechanism of single-headed spinning detonation. The track angle of soot record on the tube wall was numerically reproduced with various levels of activation energy, and the simulated unique angle was the same as that of the previous reports. The maximum pressure histories of the shock front on the tube wall showed stable pitch at Ea=10, periodical unstable pitch at Ea=20 and 27 and unstable pitch consisting of stable, periodical unstable and weak modes at Ea=35, respectively. In the weak mode, there is no Mach leg on the shock front, where the pressure level is much lower than the other modes. The shock front shapes and the pressure profiles on the tube wall clarified the mechanisms of these stable and unstable modes. In the stable pitch at Ea=10, the maximum pressure history on the tube wall remained nearly constant, and the steady single Mach leg on the shock front rotated at a constant speed. The high and low frequency pressure oscillations appeared in the periodical unstable pitch at Ea=20 and 27 of the maximum pressure history. The high frequency was one cycle of a self-induced oscillation by generation and decay in complex Mach interaction due to the variation in intensity of the transverse wave behind the shock front. Eventually, sequential high frequency oscillations formed the low frequency behavior because the frequency behavior was not always the same for each cycle. In unstable pitch at Ea=35, there are stable, periodical unstable and weak modes in one cycle of the low frequency oscillation in the maximum pressure history, and the pressure amplitude of low frequency was much larger than the others. The pressure peak appeared after weak mode, and the stable, periodical unstable and weak modes were sequentially observed with pressure decay. A series of simulations of spinning detonations clarified that the unsteady mechanism behind the shock front depending on the activation energy.
Spinning detonations propagating in a circular tube were numerically investigated with a one-step irreversible reaction model governed by Arrhenius kinetics. Activation energy is used as parameter as 10, 20, 27 and 35, and the specific heat ratio and the heat release are fixed as 1.2 and 50. The time evolution of the simulation results was utilized to reveal the propagation mechanism of single-headed spinning detonation. The track angle of soot record on the tube wall was numerically reproduced with various levels of activation energy, and the simulated unique angle was the same as that of the previous reports. The maximum pressure histories of the shock front on the tube wall showed stable pitch at Ea=10, periodical unstable pitch at Ea=20 and 27 and unstable pitch consisting of stable, periodical unstable and weak modes at Ea=35, respectively. In the weak mode, there is no Mach leg on the shock front, where the pressure level is much lower than the other modes. The shock front shapes and the pressure profiles on the tube wall clarified the mechanisms of these stable and unstable modes. In the stable pitch at Ea=10, the maximum pressure history on the tube wall remained nearly constant, and the steady single Mach leg on the shock front rotated at a constant speed. The high and low frequency pressure oscillations appeared in the periodical unstable pitch at Ea=20 and 27 of the maximum pressure history. The high frequency was one cycle of a self-induced oscillation by generation and decay in complex Mach interaction due to the variation in intensity of the transverse wave behind the shock front. Eventually, sequential high frequency oscillations formed the low frequency behavior because the frequency behavior was not always the same for each cycle. In unstable pitch at Ea=35, there are stable, periodical unstable and weak modes in one cycle of the low frequency oscillation in the maximum pressure history, and the pressure amplitude of low frequency was much larger than the others. The pressure peak appeared after weak mode, and the stable, periodical unstable and weak modes were sequentially observed with pressure decay. A series of simulations of spinning detonations clarified that the unsteady mechanism behind the shock front depending on the activation energy.
Daily mean sea level variability and its response to atmospheric pressure along the coasts of the northwestern Pacific Ocean are investigated. Daily values of sea level and atmospheric pressure covering the period 1976-1986 from 72 stations are analyzed. The sea level and the air pressure in all the data set have a definite seasonal signal, and higher frequency oscillations at time scales of several days to several weeks are also observed. Among the short-period oscillations of sea level with periods shorter than six months, the period of around 3 or 4 months is dominant in most study stations. According to the statistical analysis of sea level and air pressure, the length scale of sea level variability is smaller than that of air pressure for the present study area. The overall variability of sea level is found to be the smallest around Hokkaido, Japan and the largest in the China coasts. Large short-period (< 6 months) sea level variability is found in the southern coasts of China and Hokkaido, and large long-period (> 6 months) variability in the southern coasts of Japan and Korea along Tsushima Current and Kuroshio. The patterns of air pressure are very similar to those of sea level. The air pressure field is found to account for 31% of the overall sea level variability in the study area. Conside.ins the fact that the results (40%) of Pang and Oh (1995) were obtained through monthly sea level, the present result implies that the short-period sea level variability is less affected by air pressure. Generally the sea level response to air pressure are found to be isostatic, but significantly nonisostatic for the periods around 4 months and for those of 2 to 4 days. In particular, nonisostatic response for higher frequencies seem to be due to the restrictions to water transport necessary for barometric responsein the Korea Strait.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.5
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pp.79-87
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2002
Acoustic responses to pressure oscillations in axisymmetric combustion chamber are numerically investigated to examine the qualitative trend of acoustic instability in liquid rocket engine. Chamber operating condition and excitation frequency of oscillating pressure are selected as exciting parameters of acoustic instability. Artificial perturbation is simulated by total-pressure oscillation with sine wave at chamber inlet. Many approximations and simplifications are introduced without losing the essence of acoustic pressure response. First, steady-state solution for each operating condition is obtained and next, transient analysis is conducted. Depending on operating condition and excitation frequency, the distinct response characteristics are brought. Weak-strength flames and high-frequency excitation tend to cause sensitive acoustic pressure response leading to unstable pressure field. These results are analyzed based on the correlation with acoustic pressure responses from the previous works adopting laminar flamelet model.
Sohn Chae-Hoon;Seol Woo-Seok;Shibanov Alexander A.
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.6
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pp.874-881
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2006
Combustion stability characteristics in actual full-scale combustion chamber of a rocket engine are investigated by experimental tests with the model (sub-scale) chamber. The present hot-fire tests adopt the combustion chamber with three configurations of triplet impinging-jet injectors such as F-O-O-F, F-O-F, and O-F-O configurations. Combustion stability bound-aries are obtained and presented by the parameters of combustion-chamber pressure and mixture (oxidizer/fuel) ratio. From the experimental tests, two instability regions are observed and the pressure oscillations have the similar patterns irrespective of injector configuration. But, the O-F-O injector configuration shows broader upper-instability region than the other configurations. To verify the instability mechanism for the lower and upper instability regions, air-purge acoustic test is conducted and the photograph or the flames is taken. As a result, it is found that the pressure oscillations in the two regions can be characterized by the first impinging point of hydraulic jets and pre-blowout combustion, respectively.
Studies to investigate the influence on hydraulic acoustic wave were conducted using pressure swirl atomizer under making frequency range from 0 to 60Hz using water as a propellant. Pressure oscillation from hydraulic sources gives a strong influences on atomization and mixing processes. The ability to drive these low frequency pressure oscillations makes spray characteristics changeable. The effect of pressure perturbation and its spray characteristics showed that low injector pressure with pressure pulsation gives more significantly than high injector pressure with pressure perturbation in SMD, spray cone angle, breakup length. Moreover, this data could be used for prediction of low combustion instability getting G factor.
In order for studying pressure-coupled dynamic responses of droplet vaporization, open-loop experiment of an isolated droplet vaporization exposed to pressure perturbations in stagnant gaseous environment is numerically conducted. Governing equations are solved for flow parameters at gas and liquid phases separately and thermodynamic parameters at the interfacial boundary are matched for problem closure. For high-pressure effects, vapor-liquid interfacial thermodynamics is rigorously treated. A series of parametric calculations in terms of mean pressure level and wave frequencies are carried out employing a n-pentane droplet in stagnant gaseous nitrogen. Results show that wave instability in view of pressure-coupled vaporization response seems more susceptible at higher pressures and higher wave frequencies. Mass evaporation rate responding to pressure waves is amplified with increase in pressure due to substantial reduction in latent heat of vaporization. Augmentation of perturbation frequency also enhances amplification due to the reduction of phase differences between pressure perturbation and surface temperature fluctuation.
To improve the crossflow untrafiltration flux, we applied periodic oscillations in transmembrane pressure gradient in order to promote fluid turbulence by inducing repeated compression and relaxation of the cake/gel layer. The oscillatory forms used were square-, sine-, triangle-wave, and pumping interruption. The permeate flux profiles were mathematically simulated and compared with the experimental data. The result showed the periodic pumping interruption most effectively improved the overall flux by up to about 32%. Enough pumping off-time, at least on the order of tens of seconds, was needed to allow the solutes in the layer to diffuse back to the bulk phase. It was better to start the oscillations earlier before the layer was fully established. The square-wave oscillation yielded about 11% increase, which was particularly pronounced in the later part of the filtration. Either the amplitude or the period of the oscillations resulted little influence on flux.actate ester, and lactate ester produced in esterification reaction was distilled simultaneously with hydrolysis reaction into lactic acid. When the yields of lactic acid recovered by batch reactive distillations with various alcohols were compared, the yield of lactic acid was increased as the volatility of lactate ester was increased. In this batch reactive distillation, because the mixtures condensed in partial condensor were flown to reboiler through distillation column, the recovery yield of lactic acid was affected by operation temperature of partial condensor. Hydrolysis reaction into lactic acid in distillation column rarelyoccurred because of short retention time of lactate ester and water. Lactate ester was reacted into lactic acid in reboiler.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.2
s.257
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pp.202-207
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2007
In order to understand the phenomena of combustion instability, an experimental study was conducted at the moderate pressure and ambient temperature conditions. The flame behavior and the pressure fluctuations were measured in a dump combustor. Various types of combustion modes occurred in accordance with the equivalence ratio and the fuel supplying conditions. The fluctuation of pressure, heat release and equivalence ratio were measured by piezoelectric pressure sensor, high speed Intensified Charge Coupled Device (HICCD) camera and gas chromatography respectively. Two representative modes were self-excited pressure oscillations at the resonance of combustion chamber (200Hz) and instabilities related to the modulated fuel flow rate through the fuel holes (10Hz). It is found that, especially in an unchoked fuel flow condition, the modulation of the fuel flow rate affects the characteristics of flame behavior and pressure fluctuations in a lean premixed flame.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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