Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.2
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pp.60-67
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2019
To understand the low frequency instability(LFI) characteristics in hybrid rockets combustion, effects of equivalence ratio variations on the phase shift between pressure and heat release oscillations were investigated by using the direct numerical simulation. The change in the equivalence ratio of the main chamber was simulated by the temperature and composition variation of the combustion gas introduced into the post-combustion chamber. In the results, additional combustion appeared along with vortex generation at the backward step, and combustion pressure and heat release oscillations were observed as the vortex moved. In addition, the results confirmed that the phase difference between the pressure and heat release oscillation shifts because of the changes in the propagation velocity of pressure wave as the temperature of combustion gas changes.
Shin, Seung Chul;Lee, Gang Nam;Jung, Kwang Hyo;Park, Hyun Jung;Park, Il Ryong;Suh, Sung-bu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.35
no.1
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pp.38-49
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2021
Slug flow is the most common multi-phase flow encountered in oil and gas industry. In this study, the hydrodynamic features of flow in pipes investigated numerically using computational fluid dynamic (CFD) simulations for the effect of slug flow on the vertical and bent pipeline. The compressible Reynold averaged Navier-Stokes (RANS) equation was used as the governing equation, with the volume of fluid (VOF) method to capture the outline of the bubble in a pipeline. The simulations were tested for the grid and time step convergence, and validated with the experimental and theoretical results for the main hydrodynamic characteristics of the Taylor bubble, i.e., bubble shape, terminal velocity of bubble, and the liquid film velocity. The slug flow was simulated with various air and water injection velocities in the pipeline. The simulations revealed the effect of slug flow as the pressure occurring in the wall of the pipeline. The peak pressure and pressure oscillations were observed, and those magnitudes and trends were compared with the change in air and water injection velocities. The mechanism of the peak pressures was studied in relation with the change in bubble length, and the maximum peak pressures were investigated for the different positions and velocities of the air and water in the pipeline. The pressure oscillations were investigated in comparison with the bubble length in the pipe and the oscillation was provided with the application of damping. The pressures were compared with the case of a bent pipe, and a 1.5 times higher pressures was observed due to the compression of the bubbles at the corner of the bent. These findings can be used as a basic data for further studies and designs on pipeline systems with multi-phase flow.
A nonlinear acoustic instability of subcritical liquid-oxygen droplet flames burning in gaseous hydrogen environment are investigated numerically. Emphases are focused on the effects of finite-rate kinetics by employing a detailed hydrogen-oxygen chemistry and of the phase change of liquid oxygen. Results show that if nonlinear harmonic pressure oscillations are imposed, larger flame responses occur during the period that the pressure passes its temporal minimum, at which point flames are closer to extinction condition. Consequently, the flame response function, normalized during one cycle of pressure oscillation, increases nonlinearly with the amplitude of pressure perturbation. This nonlinear response behavior can be explained as a possible mechanism to produce the threshold phenomena for acoustic instability, often observed during rocket-engine tests.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.8
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pp.1158-1164
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2003
Steady-state structure and acoustic-pressure responses of $H_2$/Air counterflow diffusion flames are studied numerically with a detailed chemistry in view of acoustic instability. The Rayleigh criterion is adopted to judge acoustic amplification or attenuation from flame responses. Steady-state flame structures are first investigated and flame responses to various acoustic-pressure oscillations are numerically calculated in near-equilibrium and near-extinction regimes. The acoustic responses of $H_2$/Air flame show that the responses in near-extinction regime always contribute to acoustic amplification regardless of acoustic-oscillation frequency Flames near extinction condition are sensitive to pressure perturbation and thereby peculiar nonlinear responses occur, which could be a possible mechanism in generating the threshold phenomena observed in combustion chamber of propulsion systems.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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v.16
no.3
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pp.146-157
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2024
Despite numerous air mattresses marketed to prevent Pressure Ulcers (PU), none have fully succeeded due to residual pressure surpassing critical levels. We introduces an innovative medical bed system aiming at complete PU prevention. This system employs a unique 4-bar link mechanism, moving keys up and down to manage body pressure. Each of the 17 keys integrates a sensor controller, reading pressure from 10 sensors. By regulating motor input, we maintain body pressure below critical levels. Keys are equipped with a servo drive and sensor controller, linked to the main controller via two CAN series. Using fuzzy or PI/IP controllers, we adjust keys to minimize total error, dispersing body pressure and ensuring comfort. In case of controller failure, keys alternate swiftly, preventing ulcer development. Through experimental tests under varied conditions, the fuzzy controller with tailored membership functions demonstrated swift performance. PI control showed rapid convergence, while IP control exhibited slower convergence and oscillations near zero error. Our specialized medical robot bed, incorporating 4-bar links and pressure sensors, underwent testing with three controllers-fuzzy, PI, and IP-showcasing their effectiveness in keeping body pressure below critical ulcer levels. Experimental results validate the proposed approach's efficacy, indicating potential for complete PU prevention.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.4
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pp.17-29
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2004
Internal waves are computed using a ghost fluid method on an unstructured grid. Discontinuities in density and dynamic pressure are captured in one cell without smearing or oscillations along a multimaterial interface. A time-accurate incompressible Navier-Stokes/Euler solver is developed based on a three-point backward difference formula for the physical time marching. Artificial compressibility is introduced with respect to pseudotime and an implicit method is used for the pseudotime iteration. To track evolution of an interface, a level set function is coupled with the governing equations. Roe's flux difference splitting method is used to calculate numerical fluxes of the coupled equations. To get higher order accuracy, dependent variables are reconstructed based on gradients which are calculated using Gauss theorem. For each edge crossing an interface, dynamic pressure is assigned for a ghost node to enforce the continuity of total pressure along the interface. Solitary internal waves are computed and the results are compared with other computational and experimental results.
The objective of this paper is to characterize dynamic pressure traces measured at self-excited combustion instabilities occurring in two combustion systems of different hardware. One system is a model lean premixed gas turbine combustor and the other a fullscale bipropellant liquid rocket thrust chamber. It is commonly observed in both systems that low frequency waves at around 300㎐ are first excited at the onset of combustion instabilities and after a short duration, the instability mode becomes coupled to the resonant acoustic modes of the combustion chamber, the first longitudinal mode for the lean premixed combustor and the first tangential mode for the rocket thrust chamber. Low frequency waves seem to get excited at first since flame shows the higher heat release response on the lower frequency perturbations with the smaller phase differences between heat release and pressure fluctuations. Nonlinear time series analysis of pressure traces reveals that even stable combustion might have chaotic behavior with the positive maximum Lyapunov exponent. Also, pressure fluctuations under combustion instabilities reach a limit cycle or quasi-periodic oscillations at the very similar run conditions, which manifest that a self-excited high frequency instability has strong nonlinear characteristics.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.5
no.3
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pp.179-186
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1993
The characteristics of pressure-drop oscillations(PDO) in boiling channel are studied experimentally. The effects of initial and boundary conditions on PDO are investigated in terms of oscillation period and amplitude. The period and amplitude of PDO are increased with the increase in the compressible volume in surge tank and heat input. However the amplitude of PDO is decreased with fluid temperature under low subcooling condition. Higher initial insurge flowrate resulted in almost invariant oscillation period but lower amplitude. At higher heat input the oscillation of heater wall temperature is significant, whose period is the same as that of pressure-drop instability.
Song, Won Joon;Ahn, Kwangho;Park, Seik;Kim, Sungchul;Cha, Dong Jin
한국연소학회:학술대회논문집
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2013.06a
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pp.117-119
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2013
Combustion stability margin of a model gas turbine has been assessed by utilizing damping ratios of measured dynamic pressure data. It is known that acoustic oscillations in combustion chambers can be described as a superposition of nonlinearly interacting oscillators. Based on this theoretical background, CSMA (Combustion Stability Margin Assessment) code has been developed. The code has been employed into a model gas turbine combustion experiment, focused on the combustion instability, to show its capability to determine the damping ratio of measured dynamic pressure and further to assess combustion stability margin of the experiment, and turned out that the code works well.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.3
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pp.193-201
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2023
A developed code based on the unified conservation laws of incompressible/compressible fluids is applied to analyze similarity in pressure oscillations caused by pulsating air pockets in sloshing tanks. It is shown that the nondimensional time histories of pressure show good agreements under Froude and geometric similarities, provided that there are no pulsating entrapped air pockets. However, the nondimesional period of pressure oscillation due to the pulsating air pocket becomes longer as the size of the sloshing tank increases. The discrepancy in the nondimensional period is attributed to the compressibility bias of the entrapped air. To get rid of the compressibility bias, the ullage pressure in a sloshing tank is adjusted based on the Bagnold's impact number. The variation in the period of pressure oscillation according to the ullage pressure is explained based on the spring-mass system. It is shown that the nondimensional period of pressure oscillation is virtually constant when the ullage pressure is adjusted based on the Bagnold's impact number, regardless of tank size. It is found that the Bagold's impact number should be the same, if the time history of pressure is important while an entrapped air pocket pulsates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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