Swirling flows are found in very wide range of applications, for examples, cyclone separators, spraying machines, heat exchangers and jet pumps, ect. Relatively, little work has been done on the swirl flow using flow visualization techniques. This study deals with many visualization techniques to st...
Swirling flows are found in very wide range of applications, for examples, cyclone separators, spraying machines, heat exchangers and jet pumps, ect. Relatively, little work has been done on the swirl flow using flow visualization techniques. This study deals with many visualization techniques to study on swirling flow. These techniques are related to oil films methods, smoke, dye liquids, liquid crystal, stroboscope light, smoke wire, white light, naphthalene sublimation, LDV(lase doppler Velocimetry) and PIV(particle image velocimetry). The present work has handled single, annular, carved tube, swirl expansion and swirl wake using several visualization methods in the vertical and horizontal circular tube.
Swirling flows are found in very wide range of applications, for examples, cyclone separators, spraying machines, heat exchangers and jet pumps, ect. Relatively, little work has been done on the swirl flow using flow visualization techniques. This study deals with many visualization techniques to study on swirling flow. These techniques are related to oil films methods, smoke, dye liquids, liquid crystal, stroboscope light, smoke wire, white light, naphthalene sublimation, LDV(lase doppler Velocimetry) and PIV(particle image velocimetry). The present work has handled single, annular, carved tube, swirl expansion and swirl wake using several visualization methods in the vertical and horizontal circular tube.
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문제 정의
이 고찰연구에서는, 최근까지 선회유동에 사용된 여러 가시화기법을 원형관내유동에 국한하여 고찰하여, 이 분야의 학문적 그리고 기술적 발전에 기여하고자 한다.
가설 설정
(i) 소용돌이 붕괴는 Strecheletzky의 연구와 Garts hore의 경계층 유추에서 원심력의 이탈 현상이다.
(ii) 소용돌이 붕괴는 유체유동의 불안정상태이다.
(iii) 소용돌이 붕괴는 하나의 정재파(standing wave)이다.
(iii) 확산된 핵(core)을 가진 새로운 소용돌이 구조는 소용돌이 붕괴의 하류영역에 형성된다. 축방향 속도분포는 고체 장애물의 후류와 유사하다.
(v) 소용돌이 붕괴는 임계상태에 접근하는 강선회 유동을 가지는 초임계유동의 하나의 필연적인 특징이다.
제안 방법
Taylor 수(Ta)가 20,000≤Ta≤40,000에서, 토크는 점진적으로 증가하고 나선형 소용돌이가 붕괴되어 혼란된 파가 정착됨을 관찰하였다.
열선풍속계를 이용하여 공기의 축방향속도와 접선방향 속도를 Re=28,700에서 계측하였다. 가시화 실험에서는 실(truft)을 사용하여 선회유동의 소멸 현상을 측정하였다.
Grabowski 등(16)은 Navier-Stokes 식을 사용하여 수치 해석적으로 소용돌이 붕괴를 연구하였다. 소용돌이 핵으로부터 소용돌이의 확산 항과 대류 항을 제거하고 계산하였다. 강선회 유동에 대한 수치해석 결과는 2차축방향 유동의 방해를 나타내었고, 만약 첫 방해가 안정적이면, 2차유동은 불안정하였다.
그 궤적은 선회 강도가 증가 할수록 선회 각이 증가하였고 선회 강도가 저하 할 때, 선회 각은 감소하였다. 이 관계를 선회 각이라 부르고 식(3)과 같은 상관 식을 유도하였고, 선회 발생기는 접선방향 슬롯(tangential slot)을 사용하였다. Fig.
대상 데이터
18의 비틀림 테입형 선회발생기를 사용하여 선회유동을 발생시켰다. 카메라로는 3000M Panasonic video 카메라를 사용하였다.
이론/모형
2) 선회붕괴(vortex breakdown)에 대하여 많은 연구가 수행되었고, 스모크, 염색액 그리고 수치해석 기법이 이용되었다. 초장기에는 수치해석에서, Navier-Stokes 식을 풀었고, 최근 Large-eddy-simulation(LES)방법이 사용되었다.
성능/효과
(i) 유동에 존재하는 소용돌이 핵은 거의 비 회전상태로 존재하고, 축방향거리가 있는 접근유동에서 변화는 느리고 예측할 수 있다. 그 유동은 층류이거나 혹은 상대적으로 약한 난류강도를 가진다.
1) 전통적인 가시화방법인, 스모크, 염색액 등이 선회각의 계측에 주로 사용되었다. 선회각은 Re 수와 X/D의 함수로 나타났고, 선회강도의 저하는 테스트 튜브의 길이를 따라 감소하였다.
3) LDV를 이용한 연구는 그 수가 적었고, 2000년도 이후 입자영상유속계(PIV)를 사용한 예 또한 적었다. 특히 3D PIV기법을 이용한 예는 극히 드물다.
4) 액정을 사용한 연구 또한 그 수가 적었고, 속도분포와 온도분포를 동시에 계측한 경우는 없었다.
소용돌이 핵으로부터 소용돌이의 확산 항과 대류 항을 제거하고 계산하였다. 강선회 유동에 대한 수치해석 결과는 2차축방향 유동의 방해를 나타내었고, 만약 첫 방해가 안정적이면, 2차유동은 불안정하였다. Fig.
2와 같은 궤적을 얻었다. 그 궤적은 선회 강도가 증가 할수록 선회 각이 증가하였고 선회 강도가 저하 할 때, 선회 각은 감소하였다. 이 관계를 선회 각이라 부르고 식(3)과 같은 상관 식을 유도하였고, 선회 발생기는 접선방향 슬롯(tangential slot)을 사용하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선회유동은 어디에 이용되었는가?
지난 50여년간 선회유동은 학문적이나, 기술적으로 중요하여 광범위하게 연구가 계속되어왔다. 선회유동은 관내 유동에서 열전달을 향상시킨다는 것은 잘 알려져 왔고, 이와 같은 장점을 이용하여, 이 유동은 각종 열교환기, 엔진, 선회 제트, 사이클론 분리기, 분사기 분무기 그리고 각종 연소장치에 이용되었다. 선회유동의 특징을 연구하기 위하여 많은 가시화기법이 사용되었다.
선회유동의 장점은?
지난 50여년간 선회유동은 학문적이나, 기술적으로 중요하여 광범위하게 연구가 계속되어왔다. 선회유동은 관내 유동에서 열전달을 향상시킨다는 것은 잘 알려져 왔고, 이와 같은 장점을 이용하여, 이 유동은 각종 열교환기, 엔진, 선회 제트, 사이클론 분리기, 분사기 분무기 그리고 각종 연소장치에 이용되었다. 선회유동의 특징을 연구하기 위하여 많은 가시화기법이 사용되었다.
선회유동에 대한 가시화기법 중 Nuttall이 시행한 것은?
선회유동의 특징을 연구하기 위하여 많은 가시화기법이 사용되었다. Nuttall(1)은 수직관에서 염색액을 사용하여 세 개의 역유동현상을 관찰하였고, Binnie 등(2)은 깔대기형 수직관에서 lycopodium 분말을 이용하여 선회유동을 연구하였다.
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