Zhang, Yongchao;Yang, Minguan;Ni, Dan;Zhang, Ning;Gao, Bo
Nuclear Engineering and Technology
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제50권3호
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pp.368-378
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2018
Understanding of turbulent flow in the reactor coolant pump (RCP) is a premise of the optimal design of the RCP. Flow structures in the RCP, in view of the specially devised spherical casing, are more complicated than those associated with conventional pumps. Hitherto, knowledge of the flow characteristics of the RCP has been far from sufficient. Research into the nonintrusive measurement of the internal flow of the RCP has rarely been reported. In the present study, flow measurement using particle image velocimetry is implemented to reveal flow features of the RCP model. Velocity and vorticity distributions in the diffuser and spherical casing are obtained. The results illuminate the complexity of the flows in the RCP. Near the lower end of the discharge nozzle, three-dimensional swirling flows and flow separation are evident. In the diffuser, the imparity of the velocity profile with respect to different axial cross sections is verified, and the velocity increases gradually from the shroud to the hub. In the casing, velocity distribution is nonuniform over the circumferential direction. Vortices shed consistently from the diffuser blade trailing edge. The experimental results lend sound support for the optimal design of the RCP and provide validation of relevant numerical algorithms.
An experimental study was performed to investigate the effects of partially premixing, varying the equivalence ratios from $1.36{\sim}{\infty}$, and swirlers with swirl numbers of 0, 0.28, 0.64, and 1.32, on the characteristic of radical ($OH^{\ast}$, $CH^{\ast}$, and $C_2^{\ast}$) and pollutant emission in partially premixed swirling flames. The signal from the electronically excited state of $OH^{\ast}$, $CH^{\ast}$, and $C_2^{\ast}$ was detected through a band pass filter with a photo multiplier tube, and flow fields images were detected through a schlieren system. The results demonstrated that the flame height decreases and jet spreading angle increase with increasing a swirl number. The more momentum ratio and swirl number increase, the more decrease flame height, and the generation of sooting flame is promoted.
Adding small amounts of air to the fuel is used in many commercial combustors to avoid sooty flame. But partially premixed jet flame has lower blowout velocity, $u_{b.o}$, than nonpremixed one. Increasing blowout limit would be one of the key factors to develope highly intense compact combustion devices. Swirling flow enhances fuel and air mixing and induces a highly turbulent recirculation zone, which helps flame stabilization. It was known that NOx emission decreases with swirl on the proper range of swirl number. And it was shown that the flame interaction in multiple jets also increases $u_{b.o}$ owing to the internal recirculation and reduces NO emission. If the effects of swirl and flame interaction are combined together in partially premixed flame, both $u_{b.o}$ increasement and NOx emission reduction could be achieved. Blowout limits of partially premixed interacting propane flame in the swirling air coflow are investigated experimentally. The results show that the flame is not extinguished up to the experimental limits, 210 m/s, at the swirl number of 0.32 and $X_{F,o}$ = 0.46.
Three-dimensional flow characteristics in a liquid fuel ramjet combustor were investigated using the PIV method. The combustor has two rectangular inlets that loin a 90-degree angle each other. Three cases of test combustors are made in which those inlet angles are 30 degree, 45degree and 60 degree. The experiments were performed in a water tunnel test with the same Reynolds number as Mach 0.3 at the inlet. PIV software was developed to measure the characteristics of the flow field in the combustor. Accuracy of the developed PIV program was verified with a rotating disk experiment and standard data. The characteristics of the internal flows of the combustor are large swirling flows which appear symmetric with respect to the symmetric section. This is attributed to the fact that the flows introduced from the right and left intakes collide with each other, thus forming symmetrically large vortices. A large and complex three-dimensional recirculating flow was measured behind the intakes. An inlet angle of 30 degrees is the most suitable angle as a frame he]der in the performed experimental ranges.
An experimental study was made of flame stabilization in unconfined turbulent swirling propane gas flames using various degrees of swirl and equivalence ratios. This study was carried out to investigate the effects of swirl number and equivalence ratio on the flow characteristics and the combustion characteristics in both nonreacting and reacting flow field of the model combustor which symplifys the continuous type combustor for the practical use.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제18권4호
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pp.94-101
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1994
실험 데이터는 급확대비 3:1 팽창의 시험관에서의 실험결과를 나타내고 있으며, 실험에 이용된 동작유체로써는 공기가 사용되었다. 입구관에서 레이놀즈수는 60,000으로부터 120,000까지 변하게 하였고, 스월강도는 0으로부터 16까지 변화되게 하였다. 균일한 열 플럭스 경계조건이 사용되었는데, 그 결과 관벽온도 및 체적온도는 24$^{\circ}C$로부터 71$^{\circ}C$까지에 걸쳐 나타났다. 플롯상에 국소 Nusselt수는 최대 열전달점에서 정점을 이루는 모습을 보여 주고 있다. 스월강도가 0으로부터 최대값으로 증가 되었을때, 최고 Nusselt수의 위치는 시험관에서 4로부터 1스텝 하이트로 변경되는 것이 조사되었다. 이러한 최대 Nusselt수의 상류부 이동은 완전 발달된 유동에서의 값보다 2.2배에서 8.8배나 많은 그의 크기를 증가시킨다고 할 수 있다.
금속분말을 연소시키기 위한 스월 연소기 설계의 기초단계로써 단일 접선 공급유로를 갖는 스월 혼합챔버를 제작하고 Paticle Image Velocimetry(PIV)를 사용하여 스월 혼합챔버의 내부 유동장 측정실험을 수행하였다. 상온의 공기를 작동유체로 사용하였으며 접선 공급유량이 증가하는 경우의 스월 혼합 챔버 내 축방향 및 접선방향 성분 속도를 획득하였다. 측정된 유동장을 바탕으로 스월유동과 역압력 구배로 인해 발생하는 외부 유입유동간의 혼합특성을 평가 하였다.
The effect of swirl flows un the fuel spray characteristics were investigated for various swillers in a model combustor. The interaction between the flow field and fuel spray in the main combustion tone made by frontal devices including fuel injection nozzles and swirlers. which were characterized by flow velocities, fuel droplet sizes and their distributions which were measured by APV(Adaptive Phase/Doppler Velocimetry) under atmospheric condition at 320cc/min kerosine fuel flow and 0.04kg/sec air supply. A dual swirler with circumferential two-stage swirl vanes of $40^{\circ}\;and\;45^{\circ}$ vanes in different directions and two single-stage swillers of $40^{\circ}$ vanes with 12 and 16 vanes were tested. It was found that the dual swirler has the largest recirculating zone with highest reverse flow velocity. The strongest swirl flow was found at the boundary of recirculation zone. Small fuel droplets were observed in the main axial stream and inside the recirculation zone when swirling flow field were generated by the frontal devices. These findings could give the tips on the optimal design of frontal devices to realize low emissions in gas turbine combustion.
Flow fields, temperature distributions, and particle trajectories in a 2-stage entrained-flow gasifier are calculated using a CFD code, FLUENT. Realizable k-$\xi$ model is used as a turbulent model. Because of swirling flow there appear recirculation regions near the burners. The characteristics of flow fields and temperature distributions in the gasifier are dependent on the swirl number of the system. Mean residence time of the particles in the reductor is inversely proportional to particle size, particle density and swirl number. As the swirl number is increasing, the particles injected from the combustor burners approach the wall near the combustor burners, which prevents the particles from entering the reductor and thus attatching the reductor wall. If the lower combustor burner angle is larger than the higher combustor burner angle for a given swirl number, the particles may move toward the reductor and cause ash/slag deposition problem.
Measurements results of flow-structure-interactions (FSI) of an air-lifted body are introduced. An adaptive stereoscopic-PIV system has been constructed for the measurements of the air-lifted body. The measurement system consists of two cameras and optical sensors. The flow characteristics around a lifted cylinder body(length=60mmm, diameter =10mm, polystyrene) in the swirling flow field in a vertical pipe (length=600mm, inner diameter=) are investigated by the use of the constructed adaptive stereoscopic-PIV system. The images of the two cameras were used for the analysis of the flow fields around the floated cylinder body. The images of the cylinder body captured by the two cameras were used for the analyses of its motions. Four optical sensors (LED) were used for the detection of the postures of the freely-lifted cylinder body. The FSI analyses have been carried out to find the physical conditions at which the floating body is stabilized with its upright postures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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