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Application of Magnetic Resonance Imaging for Aerothermal Analysis of Impinging Jet Mixing Flow
자기공명영상법의 적용을 통한 충돌 제트 혼합 유동의 열/유동 분석

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Authors
류형우
Advisor
황원태
Issue Date
2020
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
Magnetic resonance velocimetryMagnetic resonance thermometryAerothermal analysisGas turbine combustorPhase contrastProton resonance frequency shift자기공명온도계자기공명속도계열/유동 분석가스터빈 연소기위상차양자공명주파수 변화
Description
학위논문 (석사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 기계항공공학부, 2020. 8. 황원태.
Abstract
Aerothermal analysis of complex flow systems requires thorough analysis. However, traditional measurement methods have limitations and pose hardships when measuring three-dimensional aerothermal properties. Such limitations can be overcome using non-intrusive magnetic resonance based measurement techniques. In this study, magnetic resonance velocimetry (MRV) / thermometry (MRT) is utilized to measure three-dimensional mean velocity and temperature fields of a complex flow system simulating the dilution zone of a gas turbine combustor.
For basic verification of the techniques, a fully developed turbulent pipe flow is analyzed and the results are compared with numerical results and other measurement data. MRV velocity profile in the fully developed region is compared with direct numerical simulation (DNS) data, and MRT results are compared with thermocouple data for verification.
For the combustor dilution zone analysis, radial jets are injected into a pipe flow, and upstream penetration and jet-like flow structure downstream are observed due to jet collision. The jet-like flow structure is compared with a round free jet through self-similarity analysis. Similar trend in flow development is observed in terms of normalized velocity profiles. Also, the correlation between thermal mixing and momentum flux ratio is further analyzed by comparing results of three different momentum flux ratios.
복잡한 유동 시스템의 경우 그 성능 평가를 위해 열/유동 해석이 필수적이다. 그러나 복잡한 기하학적 구조와 극한의 조건으로 인해 기존의 계측 방법을 통한 열/유동 계측은 매우 어렵다. 이러한 한계점은 비침습적인 자기공명 기반의 측정 기법으로 극복이 가능하다. 본 연구에서는 자기공명속도계 (MRV) / 온도계 (MRT)를 활용하여 제트가 방사형으로 분사되어 주 유동과 혼합되는 가스터빈 엔진 연소부의 dilution zone을 모사하는 복잡한 열유동의 3차원 평균 유동장 및 온도장 측정을 수행한다. 계측 기법의 기본 검증을 위해 완전발달 난류 원관유동의 열/유동장 계측을 MRV/T를 통해 수행한다. 완전발달 영역에서 직접 수치해석 데이터와 유사한 유동 분포도가 계측되며 열전대 계측 값과 비교를 통해 MRT 기법의 검증을 수행한다.
Dilution zone 분석에서는 제트 충돌로 인해 상류로의 침투와 하류에서의 제트와 유사한 유동 구조가 관찰되며, 하류의 제트와 유사한 유동 구조는 속도 분포상의 정규화를 통한 원형 자유 제트와의 비교를 통해 유동 메커니즘 분석을 수행한다. 또한 3가지 운동량 흐름 비율로 인한 결과 비교를 통해 열 혼합과 운동량 흐름 비율의 상관관계에 대한 연구를 수행한다.
Language
eng
URI
https://hdl.handle.net/10371/169173

http://dcollection.snu.ac.kr/common/orgView/000000162191
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Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Mechanical Aerospace Engineering (기계항공공학부)Theses (Master's Degree_기계항공공학부)
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