KR102363305B1 - Fluidic Oscillator Pair with Phase control function for Phase synchronization - Google Patents

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KR102363305B1
KR102363305B1 KR1020200117611A KR20200117611A KR102363305B1 KR 102363305 B1 KR102363305 B1 KR 102363305B1 KR 1020200117611 A KR1020200117611 A KR 1020200117611A KR 20200117611 A KR20200117611 A KR 20200117611A KR 102363305 B1 KR102363305 B1 KR 102363305B1
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권희수
이형진
노태성
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a fluid oscillator pair with a phase control function for phase synchronization, which is configured by connecting two or more corresponding fluid oscillators, which have an inlet nozzle at an upper part and an outlet nozzle at a lower part, by a bridge, comprises an inclined inner wall and a recirculation area chamber inside a main body of the fluid oscillator, and includes a feedback loop for fluid circulation from an inlet port of a lower part of the main body and to an outlet port of an upper part of the main body. The fluid oscillator pair reduces phase delay of the synchronization by phase coincidence or phase symmetry.

Description

위상 동기화를 위한 위상 컨트롤 기능을 갖는 유체진동기 페어{Fluidic Oscillator Pair with Phase control function for Phase synchronization}Fluidic Oscillator Pair with Phase control function for Phase synchronization

본 발명은 유체진동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 위상 동기화를 위한 위상 컨트롤 기능을 갖는 유체진동기 페어에 관한 것이다. The present invention relates to a fluid vibrator, and more particularly, to a fluid vibrator pair having a phase control function for phase synchronization.

일반적으로, 유체진동기는 별도의 구동부없이 형상의 특이성을 이용하여 출구유동의 진동을 유발하는 장치로서, 유체진동기를 통해 배출되는 유동은 일정한 진동수와 진동각(sweeping angle)을 유지하며 유체를 분사하며, AFC(Active Flow Control), 연소 제어, 열전달 개선 등의 목적으로 사용된다. In general, a fluid vibrator is a device that induces vibration of an outlet flow by using the specificity of its shape without a separate driving unit. , AFC (Active Flow Control), combustion control, heat transfer improvement, etc.

유체진동기가 분사하는 진동 제트(sweeping jet)는 앞서 기술한 특성을 가짐과 더불어 정상 상태 제트 유동과 비교하였을 때 분사 면적이 상대적으로 넓고 출구 근처에서의 소용돌이들과 같은 유동의 양상과 유량 특성 또한 달라지는데, 이러한 특성을 바탕으로 유체진동기는 공력 현상 제어, 냉각 효율의 증진, 연료 혼합 효율 증진 등 다양한 목적의 연구에 적용되어 왔다. The sweeping jet sprayed by the fluid vibrator has the characteristics described above, and compared to the steady-state jet flow, the spraying area is relatively wide, and the flow pattern and flow characteristics such as vortices near the outlet are also different. , based on these characteristics, the fluid vibrator has been applied to research for various purposes such as control of aerodynamic phenomena, improvement of cooling efficiency, and improvement of fuel mixing efficiency.

AFC(Active Flow Control)로서 항공기의 날개에 장착되어 공력 제어의 목적으로 사용되는 경우에 Lin et al. 연구["An Overview of Active Flow Control Enhanced Vertical Tail Technology Development"]에 따르면, 비행기 날개 근처에서의 박리 현상을 제어하기 위한 목적으로 유체진동기 배열을 수직꼬리날개에 장착하여 비행시험을 수행하였으며 양력의 증가량을 와류 생성기와 비교하였다. In the case of AFC (Active Flow Control) mounted on the wing of an aircraft and used for the purpose of aerodynamic control, Lin et al. According to the study ["An Overview of Active Flow Control Enhanced Vertical Tail Technology Development"], a flight test was performed with a fluid vibrator array mounted on the vertical tail wing for the purpose of controlling the delamination phenomenon near the wing of an airplane, and the amount of increase in lift was compared with a vortex generator.

Camci et al.의 연구["Forced convection heat transfer enhancement using a self-oscillating 충돌 planar jet." J. Heat Transfer 124, no. 4 (2002): 770-782.]는 정상 상태 제트 유동과 진동 제트(진동 제트(sweeping jet))의 레이놀즈수(Reynolds number) 증가에 따른 누셀트 넘버(Nusselt number)를 비교하였으며, Hossain et al. [8]은 정상 상태 제트 유동과 진동 제트(진동 제트(sweeping jet))의 분사 벽면의 곡률에 따른 누셀트 넘버(Nusselt number)를 비교하였다. A study by Camci et al. ["Forced convection heat transfer enhancement using a self-oscillating collision planar jet." J. Heat Transfer 124, no. 4 (2002): 770-782.] compared the Nusselt number with increasing Reynolds number of a steady-state jet flow and a vibrating jet (sweeping jet), Hossain et al. . [8] compared the Nusselt number according to the curvature of the jet wall of a steady-state jet flow and a vibrating jet (sweeping jet).

YongjiaWu2018의 연구는 LES(Large eddy simulation)를 통해 형상이 직선으로 이루어진 각진 유체진동기와 형상이 곡선으로 이루어진 유체진동기의 진동 제트(진동 제트(sweeping jet))의 열전달 면적 증가 효율을 비교하였다. YongjiaWu2018's study compared the heat transfer area increase efficiency of the vibrating jet (sweeping jet) of an angular fluid vibrator with a straight shape and a fluid vibrator with a curved shape through LES (Large Eddy Simulation).

Ostermann et al.의 연구["The interaction between a spatially sweeping jet emitted by a fluidic oscillator and a cross-flow", Journal of Fluid Mechanics 863 (2019): 215-241.]는 진동 제트(진동 제트(sweeping jet))과 정상 상태 제트 유동의 크로스 플로우(cross-flow) 내에서 거동을 Particle image velocimetry(PIV)를 통해 관찰하였고 벽면에서 수직방향으로의 침투거리(Penetration length)를 비교하였다. A study by Ostermann et al. ["The interaction between a spatially sweeping jet emitted by a fluidic oscillator and a cross-flow", Journal of Fluid Mechanics 863 (2019): 215-241.] )) and the behavior in the cross-flow of the steady-state jet flow were observed through particle image velocimetry (PIV), and the penetration length from the wall to the vertical direction was compared.

한편, 유체진동기를 연료 주입기(injector)로 적용하였을 때 혼합 효율(mixing efficiency)를 관찰하기 위해 Bobusch et al.의 연구["Investigation of fluidic devices for mixing enhancement for the shockless explosion combustion process", In Active Flow and Combustion Control 2014, pp. 281-297. Springer, Cham, 2015.]는 물과 염료(fluorescent dye)로 Shockless explosion combustion(SEC)를 모사하여 Particle image velocimetry(PIV)를 통해 혼합되지 않은 양(unmixedness)을 정량화하였다. Meanwhile, in order to observe the mixing efficiency when a fluid vibrator is applied as an injector, a study by Bobusch et al. ["Investigation of fluidic devices for mixing enhancement for the shockless explosion combustion process", In Active Flow and Combustion Control 2014, pp. 281-297. Springer, Cham, 2015.] simulated shockless explosion combustion (SEC) with water and a fluorescent dye and quantified the unmixedness through particle image velocimetry (PIV).

Lee et al.의 연구["A Numerical Study on the Characteristics of Air-Fuel Mixing Using a Fluidic Oscillator in Supersonic Flow Fields." Energies 12, no. 24 (2019): 4758.]는 스크램젯(scramjet) 내 연소실을 모사한 도메인 내의 유체진동기 출구 유동의 침투거리(Penetration length)와 가연 면적 등 혼합 효율(mixing efficiency)를 평가하는 지표를 정상 상태 제트 유동과 비교하여 전산해석을 통해 정량화하였다. A study by Lee et al. ["A Numerical Study on the Characteristics of Air-Fuel Mixing Using a Fluidic Oscillator in Supersonic Flow Fields." Energies 12, no. 24 (2019): 4758.] proposes indicators to evaluate mixing efficiency, such as penetration length and flammable area, of the outlet flow of a fluid vibrator in a domain simulating a combustion chamber in a scramjet. Compared with the flow, it was quantified through computational analysis.

이처럼 단일 유체진동기의 내,외부 유동을 관찰하고 분석한 연구들이 실험과 전산해석을 통해 활발하게 수행되어온 반면에, 두 기 이상의 유체진동기를 연결하여 상호작용을 관찰하고 새로운 위상 컨트롤 기법(Phase-control method)으 제시하는 개념은 최근에야 주목을 받고 있다. 이는 유체진동기 배열(Fluidic oscillator array)을 적용한 AFC(Active Flow Control), 열전달 기법과 혼합 효율(mixing efficiency)의 증강에 대한 연구가 초읽기에 들어간 정황과 연관된다(Gokoglu et al.의 연구["Numerical Studies of an Array of Fluidic Diverter Actuators for Flow Control"], Lin et al.의 연구["An Overview of Active Flow Control Enhanced Vertical Tail Technology Development "], Kim et al.의 연구["Effects of Installation Conditions of Fluidic Oscillators on Control of Flow Separation." AIAA Journal 57, no. 12 (2019): 5208-5219.]). While studies that observed and analyzed the internal and external flow of a single fluid vibrator have been actively conducted through experiments and computational analysis, two or more fluid vibrators are connected to observe the interaction and a new phase-control technique (Phase-control) method) has only recently received attention. This is related to the circumstance that studies on Active Flow Control (AFC) applying a fluidic oscillator array, heat transfer techniques, and enhancement of mixing efficiency have entered the countdown (a study by Gokoglu et al. ["Numerical] Studies of an Array of Fluidic Diverter Actuators for Flow Control"], a study by Lin et al. ["An Overview of Active Flow Control Enhanced Vertical Tail Technology Development "], a study by Kim et al. ["Effects of Installation Conditions of Fluidic Oscillators on Control of Flow Separation." AIAA Journal 57, no. 12 (2019): 5208-5219.]).

피드백 포트(feedback port) 간에 불규칙하게 발생하는 압력차에 의해 진동이 유발되는 유체진동기의 특성상 각 유체진동기의 초기 위상을 예측할 수 없고 그로 인해 유체진동기 배열(Fluidic oscillator array)의 출구 유동의 상호작용 또한 예측할 수 없으므로 유체진동기 간의 위상을 동기화시킬 수 있는 기법의 수요가 발생한다. The initial phase of each fluid vibrator cannot be predicted due to the nature of the fluid vibrator, where vibration is induced by the pressure difference that occurs irregularly between the feedback ports. Since it is unpredictable, there is a demand for a technique that can synchronize the phases between the fluid vibrators.

Tomac et al.의 연구[“Phase-synchronized fluidic oscillatorpair,”AIAA Paper 2017-3314, 2017.]은 안쪽 피드백 루프들(inner feedback loops)를 공유하여 출구 유동의 동기화(synchronization)을 유발하는 유체진동기 타입을 소개하였는데, 이후 xinwen et al.의 연구["Interaction of dual sweeping collision jets at different Reynolds numbers." Physics of Fluids 30, no. 10 (2018): 105105.], Bohan et al.의 연구["진동 제트(sweeping jet)s Issuing From the Face of a Backward-Facing Step." Journal of Fluids Engineering 141, no. 12 (2019).], 항공대공유피드백2020 등 해당 유체진동기 페어를 적용한 연구가 잇따라 수행되었다. A study by Tomac et al. [“Phase-synchronized fluidic oscillator pair,” AIAA Paper 2017-3314, 2017.] is a type of fluid oscillator that causes the synchronization of the outlet flow by sharing inner feedback loops. was introduced, and later studies by xinwen et al. ["Interaction of dual sweeping collision jets at different Reynolds numbers." Physics of Fluids 30, no. 10 (2018): 105105.], a study by Bohan et al. ["sweeping jets Issuing From the Face of a Backward-Facing Step." Journal of Fluids Engineering 141, no. 12 (2019).], air-to-air feedback 2020, and other studies applying the fluid vibrator pair were carried out one after another.

xinwen et al.의 연구["Interaction of dual sweeping collision jets at different Reynolds numbers." Physics of Fluids 30, no. 10 (2018): 105105.]은 해당 유체진동기 페어의 레이놀즈수(Reynolds number)에 따른 출구유동을 벽면에 충돌했을 때의 유동 특성을 관찰했는데,

Figure 112020097161022-pat00001
에서 안정적으로 위상 일치(phase-in)됨을 확인하였으며 출구 유동 사이에 충돌로 인한 소용돌이가 생성되어 역류 유동(upwash flow)을 생성하는 것이 관찰되었다. A study by xinwen et al. ["Interaction of dual sweeping collision jets at different Reynolds numbers." Physics of Fluids 30, no. 10 (2018): 105105.] observed the flow characteristics when the outlet flow according to the Reynolds number of the fluid vibrator pair collided with the wall,
Figure 112020097161022-pat00001
was confirmed to be stably phase-in, and it was observed that a vortex was generated due to collision between the outlet flows to generate an upwash flow.

Figure 112020097161022-pat00002
에서는 진동 모션(sweeping motion)의 변화가 관찰되었는데, 진동 제트(sweeping jet)이 안쪽에서 바깥쪽으로 움직일 때의 속도가 반대의 경우보다 컸으며 위상에 따른 속도변화 추이 또한 급격하게 나타났고, 낮은 레이놀즈수(Reynolds number)에서 관찰되었던 벽(wall) 소용돌이들의 구별이 어려웠다.
Figure 112020097161022-pat00002
A change in sweeping motion was observed in , and the speed when the sweeping jet moved from the inside to the outside was larger than the opposite case, and the speed change according to the phase also appeared rapidly, and the low Reynolds number It was difficult to distinguish the wall vortices observed in (Reynolds number).

Bohan et al.의 연구["sweeping jets Issuing From the Face of a Backward-Facing Step", Journal of Fluids Engineering 141, no. 12 (2019)]의 병렬 제트(Parallel jets), 단일 유체진동기, 분리된 한 쌍의 유체진동기, 그리고 Tomac et al.의 연구[Phase-synchronized fluidic oscillatorpair,”AIAA Paper 2017-3314, 2017.]의 위상 일치(In-phase) 유체진동기 페어의 진동수와 진동각, 제트 침투 깊이(jet penetration depth)를 Schliren 기법을 통해 관찰하는 한편, 위상 일치(In-Phase) 유체진동기 페어의 피드백 챔버(feedback chamber)에 파티션을 추가하여 위상 대칭(phase-out)을 유발하는 유체진동기 페어를 제시하였다. 그 결과, 단일 유체진동기(single oscillator)의 제트 침투 깊이(jet penetration depth)가 In-phase 유체진동기 페어보다 컸으며, 진동각은 단일 유체진동기(single oscillator)와 위상 일치(In-phase) 유체진동기 페어 모두 레이놀즈수(Reynolds number)에 비례하는 경향을 보였다. A study by Bohan et al. ["sweeping jets Issuing From the Face of a Backward-Facing Step", Journal of Fluids Engineering 141, no. 12 (2019)] of parallel jets, a single fluid oscillator, a pair of separated fluid oscillators, and a study of Tomac et al. [Phase-synchronized fluidic oscillator pair,” AIAA Paper 2017-3314, 2017.] The frequency, oscillation angle, and jet penetration depth of the in-phase fluid vibrator pair were observed through the Schliren method, while the feedback chamber of the in-phase fluid vibrator pair was observed. A fluid vibrator pair that induces phase-out by adding a partition to . As a result, the jet penetration depth of the single oscillator was larger than that of the in-phase fluid oscillator pair, and the oscillation angle of the single oscillator and the in-phase fluid oscillator were Both pairs showed a tendency to be proportional to the Reynolds number.

현재까지의 유체진동기 배열(Fluidic oscillator array)의 연구 동향은 동기화(synchronization)을 유발하는 유체진동기 배열(Fluidic oscillator array)에 대한 연구가 주를 이루나, 출구 유동에 의해 생성되는 소용돌이에 따라 연료 혼합 효율의 차이가 나타나고(Eroglu et al.의 연구["Structure, penetration, and mixing of pulsed jets in crossflow." AIAA journal 39, no. 3 (2001): 417-423.]) 위상에 따라 후류에서의 소용돌이의 양상이 구분되는 것으로 미루어보았을 때(Ostermann et al.의 연구["The interaction between a spatially sweeping jet emitted by a fluidic oscillator and a cross-flow", Journal of Fluid Mechanics 863 (2019): 215-241.]), 유체진동기 여러 기를 배열한 유체진동기 배열(Fluidic oscillator array)의 출구 근처에서와 후류에서의 유동 특성 또한 위상차에 따라 구분됨이 예측 가능하다. 따라서 더욱 직관적이고 형상 변형이 용이해 위상차를 세분화할 수 있는 위상 컨트롤 기법(Phase-control method)이 제시되어야 할 필요성이 대두된다. The research trend of fluid oscillator array to date is mainly research on fluidic oscillator array that causes synchronization, but fuel mixing efficiency according to the vortex generated by the outlet flow (a study by Eroglu et al. ["Structure, penetration, and mixing of pulsed jets in crossflow." AIAA journal 39, no. 3 (2001): 417-423.]) and vortex in wakes depending on the phase (Ostermann et al.'s study ["The interaction between a spatially sweeping jet emitted by a fluidic oscillator and a cross-flow", Journal of Fluid Mechanics 863 (2019): 215-241. ]), it is predictable that the flow characteristics near the outlet and in the wake of a fluidic oscillator array in which several fluidic oscillators are arranged are also classified according to the phase difference. Therefore, there is a need to propose a phase-control method that can subdivide the phase difference by being more intuitive and easy to deform.

ShiqiWang의 연구["Experimental and Numerical Study of Micro-Fluidic Oscillators for Flow Separation Control." PhD diss., Toulouse, INSA, 2017.]은 두 유체진동기의 피드백 포트(feedback port)s를 튜브로 연결하여 각 케이스별 출구 유동의 위상차를 관찰하였는데, 재순환영역 챔버(Recirculation chamber)가 없는 유체진동기 타입이 적용되었으며 포트를 튜브로 연결한 유체진동기 배열(Fluidic oscillator array)의 실험이 수행되었다. 하지만 재순환영역(Recirculation)에 의한 영향이 고려되지 않았으며, 튜브 연결로 인해 장치의 공간적 차원(dimension)이 늘어나 항공기 날개에서의 공력제어장치 혹은 터빈 블레이드에서의 냉각 장치로 해당 형상을 적용하기 어렵다는 한계가 있었다.ShiqiWang's study ["Experimental and Numerical Study of Micro-Fluidic Oscillators for Flow Separation Control." PhD diss., Toulouse, INSA, 2017.] observed the phase difference of the outlet flow for each case by connecting the feedback ports of two fluid vibrators with a tube. A fluid vibrator without a recirculation chamber The type was applied, and an experiment of a fluidic oscillator array with a port connected with a tube was performed. However, the effect of the recirculation was not considered, and the spatial dimension of the device increased due to the tube connection, so it was difficult to apply the shape as an aerodynamic control device in an aircraft wing or a cooling device in a turbine blade. there was

도 1은 일반적인 단일 유체진동기의 진동 메커니즘을 나타낸 것으로, 유체진동기는 본체 내부에 경사진 내부벽(inner block)과 재순환영역 챔버(recirculation chamber)를 포함하고, 본체 하부의 일측으로부터 연장하여 타측으로 연결되는 피드백 루프(feedback loop), 그리고 본체 하부 일측과 상기 피드백 루프의 연결부분에 위치되는 입구 포트, 및 본체 상부의 일측과 상기 피드백 루프의 연결부분에 위치되는 출구 포트를 구비한 유형이 사용되었다. 1 shows the vibration mechanism of a general single fluid vibrator, the fluid vibrator includes an inclined inner block and a recirculation chamber inside the body, and extends from one side of the lower body to the other side. A type having a feedback loop, an inlet port positioned at a connection portion between the lower side of the main body and the feedback loop, and an outlet port positioned at a connecting portion between one side of the upper body and the feedback loop was used.

SHPark 등의 2019AIAA 연구에서 해당 유체진동기 타입은 주 유동이 압력차와 점성에 의해 유체진동기의 내부벽에 밀착되고 입구 포트를 통해 피드백 루프에 유입된 주 유동의 일부, 즉 피드백 유동(feedback flow)은 피드백 루프를 통해 출구 포트로 배출된다. 출구 포트로 배출된 피드백 유동은 내부벽에서의 주 유동의 박리(separation)를 유발하여 주 유동과 내부 벽 사이에 재순환 영역(recirculation area)을 생성하고, 이때 생성된 재순환 영역에 의해 주 유동이 반대쪽 내부벽으로 밀려나 위상이 대칭되고, 해당 메커니즘을 통해 출구 제트의 진동이 발생한다.In the 2019 AIAA study by SHPark et al., the corresponding fluid vibrator type showed that the main flow was closely adhered to the inner wall of the fluid vibrator due to pressure difference and viscosity, and a portion of the main flow introduced into the feedback loop through the inlet port, i.e., the feedback flow, was the feedback flow. It is discharged through the loop to the outlet port. The feedback flow discharged to the outlet port causes separation of the main flow at the inner wall to create a recirculation area between the main flow and the inner wall, wherein the generated recirculation area directs the main flow to the opposite inner wall. The phase is symmetrical by being pushed by the , and the oscillation of the exit jet occurs through the mechanism.

'ECLee2019'의 연구에서 유체진동기의 출구 제트의 진동(oscillation)의 발생은 1)주 유동의 일부가 입구 포트를 통해 피드백 루프에 유입되는 단계, 2)유입된 유동이 출구 포트를 통해 피드백 루프로부터 배출되어 유동 박리(separation)을 유발하는 단계, 3)배출된 유동이 주 유동과 내부 벽 사이에 재순환 영역을 생성하는 단계의 이 세 가지 단계로 축약할 수 있다. 이 경우, 피드백 루프(feedback loop)의 너비와 피드백 루프의 길이가 진동수와 진동각에 영향을 미친다.In the study of 'ECLee2019', the occurrence of oscillation of the outlet jet of the fluid vibrator is 1) a step in which a part of the main flow enters the feedback loop through the inlet port, and 2) the incoming flow flows from the feedback loop through the outlet port. It can be abbreviated to three stages: venting causing flow separation, and 3) venting flow creating a recirculation region between the main flow and the inner wall. In this case, the width of the feedback loop and the length of the feedback loop affect the frequency and the vibration angle.

현재까지 출구 유동의 위상을 제어할 목적으로 개발된 유체진동기 배열은 몇가지 형태로 개발되었으나, 변형할 수 있는 형상 인자가 피드백 채널에 한정되고 전체적인 사이즈가 커지는 등 적용이 까다로웠다. 출구 유동 제어의 변화(variation) 또한 아직까지는 동기화(Synchronization)에 치중되어 있어 다양한 유동의 상호작용을 관찰하기 어렵다. 그러나, 출구 근처에서 상호작용하는 유동 특성을 관찰하고 그에 따라 파생되는 현상을 분류하여 성능을 정량화하기 위해서는 새로운 위상 제어 기법에 대한 추가적인 연구를 수행할 필요성이 부각된다. To date, several types of fluid vibrator arrays have been developed for the purpose of controlling the phase of the outlet flow, but their application is difficult because the shape factor that can be deformed is limited to the feedback channel and the overall size is increased. The variation of outlet flow control is still focused on synchronization, so it is difficult to observe the interaction of various flows. However, in order to quantify the performance by observing the interacting flow characteristics near the exit and classifying the resulting phenomena, the need to conduct additional research on a new phase control technique is highlighted.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 개발된 것으로, 피드백 루프와 재순환영역 챔버를 각각 브리지로 연결하고 이를 통해 위상 제어가 가능하도록 한 유체진동기 페어(Fluidic oscillator pair)를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention was developed to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to provide a fluidic oscillator pair that connects a feedback loop and a recirculation chamber by a bridge, and enables phase control through this. have.

위와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 총 네 가지 유형의 브리지 연결 구조를 갖는 유체진동기 페어의 실시형태를 제공하며, 이를 대상으로 분석을 수행하여 브리지 연결 위치에 따라 구분되는 유체진동기끼리의 상호작용과 출구 유동의 특성, 그리고 위상 변화를 관찰하기로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides an embodiment of a fluid vibrator pair having a total of four types of bridge connection structures, and the interaction between fluid vibrators classified according to the bridge connection position by performing analysis on them and the characteristics of the outlet flow and the phase change are observed.

본 발명에 따르면, 상부에 입구노즐과 하부에 출구노즐을 구비한 두 기 이상의 대응하는 유체진동기를 브리지로 연결하여 구성한 유체진동기 페어로서, 유체진동기 본체 내부에 경사진 내부 벽과 재순환영역 챔버를 포함하고, 본체 하부의 입구 포트로부터 본체 상부의 출구 포트로의 유체 유동을 위한 피드백 루프를 구비하는 유체진동기 페어의 구성으로부터 위상 일치 또는 위상 대칭을 통해 동기화(synchronization)의 위상 지연(phase lag)을 줄일 수 있게 된다. According to the present invention, as a fluid vibrator pair configured by connecting two or more corresponding fluid vibrators having an inlet nozzle at the upper part and an outlet nozzle at the lower part by a bridge, the fluid vibrator body includes an inclined inner wall and a recirculation area chamber. and reduce the phase lag of synchronization through phase coincidence or phase symmetry from the configuration of the fluid vibrator pair having a feedback loop for fluid flow from the inlet port at the bottom of the body to the outlet port at the top of the body be able to

유체진동기 페어의 제1 유형은 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 입구 포트를 브리지로 연결하고, 상기 입구 포트를 통해 유입된 유동이 상기 브리지를 통해 상대 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 구성한다. The first type of fluid vibrator pair connects the inlet ports of the inner feedback loops (LR, RL) among the feedback loops of both fluid vibrators with a bridge, and the flow introduced through the inlet port is shared with the other fluid vibrator through the bridge and make it interactive.

유체진동기 페어의 제2 유형은 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 출구 포트를 브리지로 연결하고, 상기 출구 포트를 통해 유출된 유동이 상기 브리지를 통해 상대 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 구성한다. The second type of fluid vibrator pair connects the outlet ports of the inner feedback loops (LR, RL) among the feedback loops of both fluid vibrators with a bridge, and the flow flowing out through the outlet ports is shared with the other fluid vibrator through the bridge and make it interactive.

유체진동기 페어의 제3 유형은 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 입구 포트와 출구 포트를 각각 브리지로 연결하고, 상기 입구 포트를 통해 유입된 유동과 상기 출구 포트를 통해 유출된 유동이 브리지를 통해 상대 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 구성한다. The third type of fluid vibrator pair connects the inlet port and the outlet port of the inner feedback loops (LR, RL) of the feedback loops of both fluid vibrators with a bridge, respectively, and flows in through the inlet port and through the outlet port The flow outflow is shared with the other fluid vibrator through the bridge and configured to interact.

유체진동기 페어의 제4 유형은 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 입구 포트, 출구 포트, 및 재순환영역 챔버를 각각 브리지로 연결하고, 각각의 입구 포트, 출구 포트, 및 재순환영역 챔버들 간에 연결된 브리지를 통해 유동이 상대 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 구성한다. The fourth type of the fluid vibrator pair connects the inlet port, the outlet port, and the recirculation chamber chamber of the inner feedback loops (LR, RL) of the feedback loops of both fluid vibrators by a bridge, respectively, and includes each of the inlet port, the outlet port, and Flow through a bridge connected between the recirculation chamber chambers is configured to interact and share with the opposing fluid vibrator.

본 발명에서는 피드백 루프와 재순환영역 챔버(재순환영역(Recirculation) chamber) 입구와 출구노즐로 구성된 유체진동기 타입이 적용되었으며, 위상 컨트롤의 효율을 높이기 위한 목적으로 형상 인자의 변형이 용이하며 피드백 포트(feedback port)별 역할이 명확히 구분되는 인터 브릿지 위상 컨트롤(inter-bridge phase control) 개념을 도입하였다. In the present invention, a fluid vibrator type composed of a feedback loop and an inlet and outlet nozzle of a recirculation chamber (Recirculation chamber) is applied. The concept of inter-bridge phase control, in which the roles of each port are clearly distinguished, was introduced.

동기화(synchronization)의 위상 지연(phase lag)를 줄이기 위해 피드백 루프를 제거하고 브리지(bridge)를 연결한 위상 일치 유체진동기 페어(in-phase fluidic oscillator pair)가 제시되었으며, 위상 대칭 유체진동기 페어(out-phase fluidic oscillator pair) 또한 본 기법을 적용한 형상이 제시되었다.In order to reduce the phase lag of synchronization, an in-phase fluidic oscillator pair was proposed, which removed the feedback loop and connected a bridge, and a phase symmetric fluidic oscillator pair (out -phase fluidic oscillator pair) and a shape to which this technique is applied was also presented.

또한, 피드백 포트별 브리지 연결에 따른 유체진동기 페어의 특성과 내부 유동 구조, 동기화(synchronization) 메커니즘을 관찰하는 한편, 각 유체진동기의 재순환영역 챔버(Recirculation chamber)를 브리지로 연결하여 유체진동기 간의 상호작용이 브리지를 통해 공유하는 유량과 재순환영역(Recirculation)의 거동에 따라 어떻게 변화하는지 분석하여 새로운 위상 컨트롤 개념을 제시하였다.In addition, the characteristics of the fluid vibrator pair according to the bridge connection for each feedback port, the internal flow structure, and the synchronization mechanism were observed, while the recirculation chamber of each fluid vibrator was connected with a bridge to interact between the fluid vibrators. A new phase control concept was proposed by analyzing how it changes according to the flow rate shared through this bridge and the behavior of the recirculation region.

상술된 특징들로부터 본 발명은 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 입구 포트, 출구 포트, 그리고 재순환영역 챔버를 적어도 각각 브리지로 연결하는 인터 브릿지 위상 컨트롤(inter-bridge phase control) 개념을 도입함으로써 동기화(synchronization)의 위상 지연(phase lag)를 줄이기 위한 위상 컨트롤이 가능해진다. From the above-mentioned characteristics, the present invention provides an inter-bridge phase control (inter-bridge phase control) connecting at least the inlet port, the outlet port, and the recirculation chamber chamber of the inner feedback loops (LR, RL) among the feedback loops of both fluid vibrators by a bridge. By introducing the concept of control, phase control to reduce the phase lag of synchronization becomes possible.

도 1은 경사진 내부 벽을 갖는 단일 유체진동기의 진동 메커니즘을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 유체진동기 페어의 위상 동기화(Phase-synchronized)를 위한 제1 실시형태('caseA')를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 유체진동기 페어의 위상 동기화(Phase-synchronized)를 위한 제2 실시형태('caseB')를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 유체진동기 페어의 위상 동기화(Phase-synchronized)를 위한 제3 실시형태('caseC')를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 유체진동기 페어의 위상 동기화(Phase-synchronized)를 위한 제4 실시형태('caseD')를 나타내는 도면,
도 6은 세 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseA'의 노즐목과 바깥쪽 피드백 루프들에서의 시간에 따른 질유량(Mass flow rate, kg/s)을 나타내는 선도,
도 7은 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseA'의 마하수, 압력 윤곽 및 스트림라인을 나타내는 도면,
도 8은 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseA'의 시간에 따른 진동각을 나타내는 선도,
도 9는 세 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseB'의 노즐목과 바깥쪽 피드백 루프들에서의 시간에 따른 질유량(Mass flow rate, kg/s)을 나타내는 선도,
도 10은 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseB'의 마하수, 압력 윤곽 및 스트림라인을 나타내는 도면,
도 11은 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseB'의 시간에 따른 진동각을 나타내는 선도,
도 12는 세 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseC'의 노즐목과 바깥쪽 피드백 루프들에서의 시간에 따른 질유량(Mass flow rate, kg/s)을 나타내는 선도,
도 13은 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseC'의 마하수, 압력 윤곽 및 스트림라인을 나타내는 도면,
도 14는 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseC'의 시간에 따른 진동각을 나타내는 선도,
도 15는 세 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseD'의 노즐목과 바깥쪽 피드백 루프들에서의 시간에 따른 질유량(Mass flow rate, kg/s)을 나타내는 선도,
도 16은 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseD'의 마하수, 압력 윤곽 및 스트림라인을 나타내는 도면,
도 17은 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseD'의 시간에 따른 진동각을 나타내는 선도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 shows the vibration mechanism of a single fluid vibrator having an inclined inner wall;
2 is a view showing a first embodiment ('caseA') for phase-synchronized of a fluid vibrator pair according to the present invention;
3 is a view showing a second embodiment ('caseB') for phase-synchronized of a fluid vibrator pair according to the present invention;
4 is a view showing a third embodiment ('caseC') for phase-synchronized of a fluid vibrator pair according to the present invention;
5 is a view showing a fourth embodiment ('caseD') for phase-synchronized of a fluid vibrator pair according to the present invention;
6 is a diagram showing the mass flow rate (kg/s) over time in the nozzle neck and outer feedback loops of the fluid vibrator pair 'caseA' during three cycles;
7 is a diagram showing the Mach number, pressure profile and stream line of the fluid vibrator pair 'caseA' during one cycle;
8 is a diagram showing the vibration angle according to time of the fluid vibrator pair 'caseA' during one cycle;
9 is a diagram showing the mass flow rate (kg/s) over time in the nozzle neck and outer feedback loops of the fluid vibrator pair 'caseB' during three cycles;
10 is a diagram showing the Mach number, pressure profile and stream line of the fluid vibrator pair 'caseB' during one cycle;
11 is a diagram showing the vibration angle according to time of the fluid vibrator pair 'caseB' during one cycle;
12 is a diagram showing the mass flow rate (kg/s) over time in the nozzle neck and outer feedback loops of the fluid vibrator pair 'caseC' during three cycles;
13 is a diagram showing the Mach number, pressure profile and stream line of the fluid vibrator pair 'caseC' during one cycle;
14 is a diagram showing the vibration angle according to time of the fluid vibrator pair 'caseC' during one cycle;
15 is a diagram showing the mass flow rate (kg/s) over time in the nozzle neck and outer feedback loops of the fluid vibrator pair 'caseD' during three cycles;
16 is a diagram showing the Mach number, pressure profile and stream line of the fluid vibrator pair 'caseD' during one cycle;
17 is a diagram showing the vibration angle according to time of the fluid vibrator pair 'caseD' during one cycle.

이하 첨부된 도면과 실시예들을 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and examples.

아래의 실시예에서는 발명을 설명함에 있어서 필연적인 부분들을 제외하고는 그 도시와 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 걸쳐 동일 유사한 요소에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 반복하지 않고 생략하기로 한다.In the following embodiments, the illustration and description are omitted except for essential parts in describing the invention, and the same reference numerals are given to the same and similar elements throughout the specification, and detailed descriptions thereof are omitted without repeating them. do.

본 발명에서 유체진동기는 기본적으로 도 1과 마찬가지로 본체 내부에 경사진 내부벽(inner block)과 재순환영역 챔버(recirculation chamber)를 포함하고, 본체 하부의 일측으로부터 연장하여 타측으로 연결되는 피드백 루프(feedback loop), 그리고 본체 하부 일측과 상기 피드백 루프의 연결부분에 위치되는 입구 포트, 및 본체 상부의 일측과 상기 피드백 루프의 연결부분에 위치되는 출구 포트를 구비한 타입이 적용되었으며, 위상 컨트롤의 효율을 높이기 위한 목적으로 형상 인자의 변형이 용이하며 피드백 포트(feedback port)별 역할이 명확히 구분되는 인터 브리지 위상 컨트롤(inter-bridge phase control) 개념을 도입하였다. In the present invention, the fluid vibrator basically includes an inclined inner block and a recirculation chamber inside the body, as in FIG. 1, and extends from one side of the lower part of the body and is connected to the other side. ), and a type having an inlet port positioned at the connection part of the lower body side and the feedback loop, and an outlet port positioned at one side of the upper body part and the connection part of the feedback loop was applied, and to increase the efficiency of phase control For this purpose, the concept of inter-bridge phase control, in which the shape factor can be easily modified and the roles of each feedback port is clearly distinguished, was introduced.

즉, 동기화(synchronization)의 위상 지연(phase lag)을 줄이기 위해 한 쌍의 유체진동기 사이에 피드백 루프를 브리지(bridge)로 연결한 위상 일치 유체진동기 페어(in-phase fluidic oscillator pair) 형상과 위상 대칭 유체진동기 페어(out-phase fluidic oscillator pair) 형상이 제시되며, 이를 통해 피드백 루프의 각 포트별 브리지 연결에 따른 유체진동기 페어의 특성과 내부 유동구조, 동기화(synchronization) 메커니즘을 관찰하는 한편, 각 유체진동기의 재순환 영역 챔버를 브리지로 연결하여 유체진동기 간의 상호작용이 브리지를 통해 공유하는 유량과 재순환영역(recirculation area)의 거동에 따라 어떻게 변화하는지 분석하여 새로운 위상 컨트롤 개념을 제시하였다.That is, in order to reduce the phase lag of synchronization, the shape and phase symmetry of an in-phase fluidic oscillator pair in which a feedback loop is connected between a pair of fluid oscillators by a bridge The shape of the out-phase fluidic oscillator pair is presented, and through this, the characteristics of the fluid oscillator pair according to the bridge connection for each port of the feedback loop, the internal flow structure, and the synchronization mechanism are observed, while each fluid By connecting the recirculation area chamber of the vibrator with a bridge, a new phase control concept was proposed by analyzing how the interaction between the fluid vibrators changes according to the flow rate shared through the bridge and the behavior of the recirculation area.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 다양한 브리지 연결 구조를 갖는 유체진동기 페어의 기하학적 형태들을 도시한 것으로, 참고로 본 발명에서 적용된 각각의 유체진동기의 외형은 'SHPark2019AIAA'의 연구에서 사용된 유체진동기를 참조하였다. 또한, 본 실시예에서 유체진동기 페어의 양 유체진동기의 중심선 사이 거리는 브리지 구간을 확보하기 위해 일정한 거리(예: 40mm)가 적용되었으며, 좌측 유체진동기(L)의 바깥쪽 피드백 루프를 'LL'로, 안쪽 피드백 루프를 'LR'로 각각 명명하고, 우측 유체진동기(R)의 바깥쪽 피드백 루프를 'RR'로, 안쪽 피드백 루프를'RL'로 각각 명명하였다.2 to 5 show the geometric shapes of a fluid vibrator pair having various bridge connection structures according to the present invention. For reference, the external shape of each fluid vibrator applied in the present invention is a fluid vibrator used in the study of 'SHPark2019AIAA' referenced. In addition, in this embodiment, a certain distance (eg 40 mm) was applied to the distance between the center lines of both fluid vibrators of the fluid vibrator pair to secure a bridge section, and the outer feedback loop of the left fluid vibrator (L) was set to 'LL'. , the inner feedback loop was named 'LR', the outer feedback loop of the right fluid vibrator (R) was named 'RR', and the inner feedback loop was named 'RL', respectively.

도 2a는 유체진동기 페어의 위상 동기화(Phase-synchronized)를 위한 제1 실시형태(이하 'caseA')를 나타낸 것으로, 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(inner feedback loops)(LR,RL)의 입구 포트를 브리지(Inport bridge, 입구포트 브리지)로 연결하였으며, 입구 포트를 통해 유입된 유동이 브리지를 통해 상대편 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 설계하였다. 'caseA'는 안쪽 피드백 루프들의 입구 포트들을 연결함으로써 주 유동으로부터 분리되어 피드백 루프로 유입된 인플로우(inflow)의 진행 방향과 상대 유동과의 상호 작용을 도 2b에 나타내었다. Figure 2a shows a first embodiment (hereinafter, 'caseA') for phase-synchronized of a fluid vibrator pair, and inner feedback loops (LR, RL) among the feedback loops of both fluid vibrators. of the inlet port was connected by a bridge (Inport bridge), and the flow introduced through the inlet port was designed to share and interact with the other fluid vibrator through the bridge. 'caseA' is separated from the main flow by connecting the inlet ports of the inner feedback loops, and the interaction between the progress direction of the inflow and the relative flow introduced into the feedback loop is shown in FIG. 2B.

도 2b에 따르면, 입구 포트로 유입된 유동①이 입구포트 브리지를 통해 상대편 유체진동기의 입구 포트로 배출되어 주 유동을 직접적으로 가압하고, 그에 따라 상대편 유체진동기의 주 유동이 바깥쪽 벽으로 밀착된다. 그리고, 안쪽 피드백 루프들(inner feedback loops)(LR,RL)의 입구 포트로 피드백 유동②이 유입되면 LR과 RL로 나뉘어 진행되고, 이어서 일정한 간격을 두고 LR과 RL 각각의 출구 포트로 배출되어 유체진동기 L 및 유체진동기 R에 대한 주 유동의 안쪽 벽에서의 박리(separation)를 유발하여 위상차가 발생한다. According to FIG. 2B, the flow ① introduced into the inlet port is discharged to the inlet port of the opposing fluid vibrator through the inlet port bridge and directly pressurizes the main flow, so that the main flow of the opposing fluid vibrator is in close contact with the outer wall. . And, when the feedback flow② flows into the inlet port of the inner feedback loops (LR, RL), it proceeds by dividing it into LR and RL, and then is discharged to the outlet ports of LR and RL at regular intervals to flow the fluid A phase difference occurs by causing a separation at the inner wall of the main flow for the vibrator L and the fluid vibrator R.

도 3a는 유체진동기 페어의 위상 동기화(Phase-synchronized)를 위한 제2 실시형태(이하 'caseB')를 나타낸 것으로, 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 출구 포트를 브리지(Outport bridge, 출구포트 브리지)로 연결한 구조이며, 출구 포트를 통해 유출된 유동이 브리지를 통해 상대편 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 설계하였다. 'caseB'는 주 유동으로부터 분리되어 피드백 루프로 유입된 인플로우(inflow)의 진행 방향과 상대 주 유동과의 상호 작용을 도 3b에 나타내었다. Figure 3a shows a second embodiment (hereinafter 'caseB') for phase-synchronized of a fluid vibrator pair, and bridges the outlet ports of the inner feedback loops (LR, RL) among the feedback loops of both fluid vibrators. (Outport bridge, outlet port bridge) is connected to the structure, and the flow flowing out through the outlet port is designed to share and interact with the fluid vibrator on the other side through the bridge. 'caseB' shows the interaction between the progress direction of the inflow separated from the main flow and introduced into the feedback loop and the relative main flow in FIG. 3B .

도 3b에 따르면, 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 입구 포트로 유입된 피드백 유동①이 출구포트 브리지를 통해 유체진동기 L과 유체진동기 R의 출구 포트로 동시에 배출되어 유체진동기 L 및 유체진동기 R에 대한 주 유동의 안쪽 벽에서의 박리를 유발하고, 각각의 주 유동 모두 유체진동기 L과 유체진동기 R의 바깥쪽 벽으로 밀착되어 위상의 대칭이 발생한다. According to FIG. 3B, the feedback flow ① introduced into the inlet port of the inner feedback loop (LR, RL) is simultaneously discharged to the outlet ports of the fluid vibrator L and the fluid vibrator R through the outlet port bridge to the fluid vibrator L and the fluid vibrator R. It causes separation at the inner wall of the main flow to the flow, and each main flow is in close contact with the fluid vibrator L and the outer wall of the fluid vibrator R, resulting in phase symmetry.

도 4a는 유체진동기 페어의 위상 동기화(Phase-synchronized)를 위한 제3 실시형태(이하 'caseC')를 나타낸 것으로, 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 입구 포트들 및 출구 포트들 간에 각각 브리지로 연결한 구조이며, 입구 포트를 통해 유입된 유동과 출구 포트를 통해 유출된 유동이 브리지를 통해 상대편 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 설계하였다. 'caseC'는 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 입구 포트들 및 출구 포트들을 서로 연결함으로써 주 유동으로부터 분리되어 피드백 루프로 유입된 인플로우(inflow)의 진행 방향과 상대 유동과의 상호 작용을 도 4b에 나타내었다. 4A shows a third embodiment (hereinafter 'caseC') for phase-synchronized phase-synchronized of a fluid vibrator pair, and among the feedback loops of both fluid vibrators, the inlet ports of the inner feedback loops (LR, RL) and It has a structure in which each of the outlet ports is connected by a bridge, and it is designed so that the flow flowing in through the inlet port and the flow flowing out through the outlet port share with the other fluid vibrator through the bridge and interact. 'caseC' connects the inlet ports and outlet ports of the inner feedback loops (LR, RL) to each other to help the interaction between the direction of inflow and the relative flow separated from the main flow and introduced into the feedback loop. 4b.

도 4b에 따르면, 유체진동기 R의 안쪽 벽에 밀착된 주 유동의 일부①가 출구포트 브리지(outport bridge)에 유입되고 상대 유체진동기 L의 출구 포트(outport)로 배출되어 상대 유체진동기 L에서의 주 유동의 안쪽 벽에서의 박리를 유발한다. 그리고, 안쪽 벽에 밀착된 주 유동의 일부②가 입구포트 브리지(inport bridge)에 유입되고 상대 유체진동기 R의 입구 포트(Inport)로 배출되어 주 유동에 직접적으로 가압하여, 주 유동이 바깥쪽 벽으로 밀착되어 위상의 대칭이 발생한다. According to FIG. 4B, a part of the main flow ① that is in close contact with the inner wall of the fluid vibrator R flows into the outlet port bridge and is discharged to the outlet port of the counter fluid vibrator L, and the main flow in the counter fluid vibrator L It causes delamination at the inner wall of the flow. And, a part of the main flow in close contact with the inner wall ② flows into the inlet port bridge and is discharged through the inlet port of the counter fluid vibrator R to directly pressurize the main flow, so that the main flow is transferred to the outer wall , and phase symmetry occurs.

도 5a는 유체진동기 페어의 위상 동기화(Phase-synchronized)를 위한 제4 실시형태(이하 'caseD')를 나타낸 것으로, 양 유체진동기의 피드백 루프들 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 입구 포트들, 출구 포트들, 및 재순환영역 챔버들 간에 각각 브리지로 연결한 구조이며, 입구 포트들, 출구 포트들, 및 재순환영역 챔버들 간에 연결된 브리지를 통해 유동이 상대편 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 설계하였다. 'caseD'는 주입 초기에 바깥쪽 피드백 루프에서보다 브리지 내부의 압력이 낮아 각 개체의 주 유동이 안쪽 벽에 밀착되어 안쪽 피드백 루프로 유동이 유입되는데, 이 피드백 유동이 출구포트 브리지에서 밀집해 각 유체진동기 개체의 주 유동을 동시에 바깥쪽으로 밀어내며, 이 영향으로 출구 유동의 대칭이 발생한다. 5A shows a fourth embodiment (hereinafter 'caseD') for phase-synchronized of a fluid vibrator pair, and inlet ports of inner feedback loops (LR, RL) among the feedback loops of both fluid vibrators. , the outlet ports, and the recirculation chamber chambers are each connected by a bridge, and the flow through the bridge connected between the inlet ports, the outlet ports, and the recirculation chamber chambers is designed to share and interact with the fluid vibrator on the other side. . In 'caseD', at the beginning of injection, the pressure inside the bridge is lower than in the outer feedback loop, so the main flow of each object is closely adhered to the inner wall and flows into the inner feedback loop. It simultaneously pushes out the main flow of the fluid vibrator object, and this effect creates a symmetry of the outlet flow.

이러한 유동의 작용은 도 5b에 도시되어 있는데, 안쪽 벽에 밀착된 주 유동의 일부①가 출구포트 브리지에 유입되고 상대 유체진동기의 출구 포트로 배출되어, 상대 유체진동기의 주 유동의 안쪽 벽에서의 박리를 유발한다. 그리고, 안쪽 벽에 밀착된 주 유동의 일부②가 챔버 브리지(chamber bridge)에 유입되고 상대 유체진동기의 재순환영역 챔버로 배출되어 재순환영역의 와해 유발 및 주 유동을 직접적으로 가압한다. 아울러, 안쪽 벽에 밀착된 주 유동의 일부③가 입구포트 브리지에 유입되고 출구포트 브리지를 통해 상대 유체진동기의 출구 포트로 배출되어 주유동을 직접적으로 가압하고, 주 유동이 바깥쪽 벽으로 밀착되어 출구 유동의 대칭이 발생한다. The action of this flow is shown in FIG. 5B, in which a part of the main flow ① adhered to the inner wall flows into the outlet port bridge and is discharged to the outlet port of the counterpart fluid vibrator, and the inner wall of the main flow of the counterpart fluid vibrator cause flaking. And, a part of the main flow (②) closely adhered to the inner wall flows into the chamber bridge and is discharged into the recirculation chamber of the counterpart fluid vibrator, causing disruption of the recirculation area and directly pressurizing the main flow. In addition, a part of the main flow in close contact with the inner wall (③) flows into the inlet port bridge and is discharged to the outlet port of the counter fluid vibrator through the outlet port bridge to directly pressurize the main flow, and the main flow is brought into close contact with the outer wall. A symmetry of the outlet flow occurs.

수치 해석(Numerical approach)Numerical approach

본 발명에 따른 유체진동기 페어의 유동해석에 상용 코드인 Star-CCM+ 14.02.010-R8이 사용되었다. DES와 LES 수치해석이 최근 유체진동기 연구에 이용되고 있으나(Dauengauer et al. [17]), 고비용 해석인 점을 고려했을 때 본 연구의 주안점인 브리지 연결에 따른 진동기 메커니즘(oscillation mechanism) 및 특성(characteristics) 변화를 관찰함에 있어 3차원 URANS(Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식을 적용할 수 있다고 판단하였으며, 3차원 URANS(Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Strokes equations)의 모델링이 적용되었다. 작동 유체(working fluid)로 이상기체를 가정하였다. 결합된 비점성 플럭스 항목(Coupled inviscid flux term)으로는 Roe FDS(Roe’s Flux-Difference Splitting)가 적용되었으며, 경계면의 비점성 플럭스(inviscid flux)는 MUSCL(Monotonic Upwind Scheme for Conservation Laws) 기반의 3차 보간 기법으로 계산되었다. 난류 모델로는 유동 박리를 해석하기에 적합한 k-ω SST 난류모델(Menter et al. [18])이 적용되었으며, 부동(unsteady) 계산을 위해 2차 시간별 절대 추산(implicit discretization in time)이 적용되었다.Commercial code Star-CCM+ 14.02.010-R8 was used for the flow analysis of the fluid vibrator pair according to the present invention. Numerical analysis of DES and LES has been used in the study of fluid vibrator recently (Dauengauer et al. [17]), but considering that it is a high-cost analysis, the main point of this study is the oscillation mechanism and characteristics ( In observing changes in characteristics), it was determined that the three-dimensional URANS (Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes) equation could be applied, and the three-dimensional URANS (Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Strokes equations) modeling was applied. An ideal gas was assumed as the working fluid. As the coupled inviscid flux term, Roe FDS (Roe's Flux-Difference Splitting) was applied, and the inviscid flux at the interface was tertiary based on the Monotonic Upwind Scheme for Conservation Laws (MUSCL). It was calculated by the interpolation technique. As the turbulence model, the k-ω SST turbulence model (Menter et al. [18]), which is suitable for analyzing flow separation, was applied, and for the calculation of unsteadiness, a secondary implicit discretization in time was applied. became

수치 해석에 사용된 격자는 정렬 격자로, 프리즘 레이어(prism layer)를 적용해 y+가 1 이하가 되도록 벽면 근처의 격자를 배치하고, 각 유체진동기 페어마다 약 100만 개의 격자가 사용되었으며, 시간 간격은 2E-6s의 Δt로 설정하여 해석을 수행하였다. The grid used for numerical analysis is an alignment grid, and a prism layer is applied to place a grid near the wall so that y+ is 1 or less. About 1 million grids are used for each fluid vibrator pair, and the time interval Analysis was performed by setting Δt of 2E-6s.

검증(Validation)Validation

해석 기법의 검증을 위해 Lee et al.의 연구["A Numerical Study on the Characteristics of Air-Fuel Mixing Using a Fluidic Oscillator in Supersonic Flow Fields." Energies 12, no. 24 (2019): 4758.]에서 NPR3.0의 조건으로 실험을 수행한 형상의 바깥쪽 피드백 루프(outer feedback loop)에서의 압력 측정 결과와 전산유동해석을 통해 계산된 시간에 따른 압력 계산 결과가 비교되었으며, 바깥쪽 피드백 루프들(PL)(PR)과 가운데 피드백 루프(PC)에서 실험적으로 측정된 진동수와 전산유동해석을 통해 계산된 진동수가 비교되었다. For validation of the analysis technique, a study by Lee et al. ["A Numerical Study on the Characteristics of Air-Fuel Mixing Using a Fluidic Oscillator in Supersonic Flow Fields." Energies 12, no. 24 (2019): 4758.], the pressure measurement results in the outer feedback loop of the shape tested under the conditions of NPR3.0 and the pressure calculation results over time calculated through computational flow analysis are The experimentally measured frequencies in the outer feedback loops (PL) (PR) and the central feedback loop (PC) were compared with those calculated through computational flow analysis.

PL(Hz)PL(Hz) PC(Hz)PC (Hz) PR(Hz)PR(Hz) 실험결과
'hang2020'
Experiment result
'hang2020'
687687 13731373 687687
cfd 결과cfd result 667667 13351335 667667 오차error 2.91%2.91% 2.77%2.77% 2.91%2.91%

실험적으로 측정된 바깥쪽 피드백 루프 PL에서의 시간에 따른 압력 값과 본 발명에서 적용한 해석 기법으로 계산된 PL에서의 시간에 따른 압력의 개형은 좋은 일치를 보였으며, 최대값과 최소값에서의 오차는 각각 3.8%, 0.5%로 분석되었다. 각 피드백 루프에서 계산된 진동수는 실험으로 측정된 진동수와 3% 미만의 오차를 보였다(표 1). The experimentally measured pressure value over time in the outer feedback loop PL and the shape of the pressure over time in the PL calculated by the analysis technique applied in the present invention showed good agreement, and the error in the maximum and minimum values was They were analyzed to be 3.8% and 0.5%, respectively. The frequency calculated in each feedback loop showed an error of less than 3% from the frequency measured experimentally (Table 1).

결과 (브리지 연결 형태에 따른 관련 유동 구조 및 특성)Results (relevant flow structures and properties depending on the type of bridge connection)

1) 유체진동기 페어의 제1 실시형태('caseA')의 평가1) Evaluation of the first embodiment ('caseA') of the fluid vibrator pair

도 6에 세 주기(cycles) 동안의 유체진동기 페어 'caseA'의 노즐목(nozzle throat)과 바깥쪽 피드백 루프들(outer feedback loops)(LL,RR)에서의 시간에 따른 질유량(Mass flow rate, kg/s)이 나타나 있다. 유체진동기 페어 'caseA'의 노즐목과 바깥쪽 피드백 루프들에서 면평균하여 질유량을 계산하여 제시하였다. 진동 시작 후 약 열 주기(cycles)가 지난 이후 일정한 위상 변화와 진동수를 보이는 시점에서 관찰 주기가 선정되었다.6, the mass flow rate over time in the nozzle throat and outer feedback loops (LL, RR) of the fluid vibrator pair 'caseA' for three cycles in FIG. , kg/s) are shown. The mass flow rate was calculated and presented by averaging the nozzle neck and the outer feedback loops of the fluid vibrator pair 'caseA'. The observation period was selected at a point in time showing a constant phase change and frequency after about ten cycles after the start of vibration.

주입 초기, 각 유체진동기의 주 유동은 피드백 메커니즘 없이 입구포트(Inport) 간의 압력 불균형에 의해 불규칙하게 진동하는데, 어느 시점에 입구포트 브리지(inport bridge) 내 압력이 충분히 낮아지며 둘 중 하나의 주 유동이 먼저 입구포트 브리지(inport bridge) 내로 유입된다. 입구포트 브리지(inport bridge)를 통해 유동이 공유됨과 동시에, 입구포트 브리지(inport bridge)와 연결된 안쪽 피드백 루프들(inner feedback loops)(LR,RL)로 유동이 분산되며 각 유체진동기 간 피드백 유량의 차이가 발생하였는데, 이로 인해 각 유체진동기 간에 위상차가 발생하였고 입구포트 브리지(inport bridge) 내의 압력과 입구포트 브리지(inport bridge)를 통해 주고받는 유량이 변화하였다. 결과적으로, 각 유체진동기의 유량 총량의 차이가 발생하였으며, 세 주기 동안의 유량 총량을 계산한 결과 유체진동기 L의 유량 총량이 유체진동기 R의 유량 총량보다 3.3% 높게 도출되었다. 바깥쪽 피드백 루프에서 두 유체진동기의 위상차를 계산한 결과 유체진동기 페어 'caseA'의 위상차는 주기의 21.0%로 계산되었다. At the beginning of the injection, the main flow of each fluid vibrator vibrates irregularly due to the pressure imbalance between the inlet ports without a feedback mechanism. First, it flows into the inlet port bridge. At the same time the flow is shared through the inlet port bridge, the flow is distributed to the inner feedback loops (LR, RL) connected to the inlet port bridge, and the feedback flow rate between each fluid vibrator is A difference occurred, which caused a phase difference between each fluid vibrator, and the pressure in the inlet port bridge and the flow rate to and from the inlet port bridge were changed. As a result, there was a difference in the total flow rate of each fluid vibrator, and as a result of calculating the total flow rate for three cycles, the total flow rate of the fluid vibrator L was derived to be 3.3% higher than the total flow rate of the fluid vibrator R. As a result of calculating the phase difference between the two fluid vibrators in the outer feedback loop, the phase difference of the fluid vibrator pair 'caseA' was calculated to be 21.0% of the period.

도 7에 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseA'의 마하수(Mach Number), 압력 윤곽(Pressure contour) 및 스트림라인(streamline)이 나타나 있다. 앞서 도 6에 도 7에서의 관찰 시점 (a)-(c)가 표시되었다. 7 shows the Mach number, pressure contour, and streamline of the fluid vibrator pair 'caseA' during one cycle. The observation time points (a)-(c) in FIG. 7 were previously shown in FIG. 6 .

도 7(a)에 따르면, 유체진동기 R의 주 유동(이하, 주 유동(R))이 점성에 의해 안쪽 벽으로 밀착되고 일부가 입구포트 브리지(inport bridge)로 유입된다. 입구포트 브리지(inport bridge)를 통해 배출된 유동이 유체진동기 L의 주 유동(이하, 주 유동(L))의 하부에 직접적인 압력을 가하는데(하얀 점선. 위상 일치(phase-in)을 유발하는 가압 작용), 이로 인해 연쇄적으로 밀려난 주 유동(L)의 일부가 LL의 입구포트(Inport)로 유입된다. 이후 바깥쪽 피드백 루프(LL)을 통과한 피드백 유동은 LL의 출구포트(outport)로 배출되어 주 유동(L)의 바깥쪽 블록(outer block)에서의 박리를 유발한다(까만 점선. 주 유동의 위상을 반대방향으로 전환하는 역할의 재순환영역).According to FIG. 7( a ), the main flow (hereinafter, the main flow R) of the fluid vibrator R is in close contact with the inner wall due to viscosity, and a part flows into the inlet port bridge. The flow discharged through the inlet port bridge applies a direct pressure to the lower portion of the main flow (hereinafter, the main flow (L)) of the fluid vibrator L (white dotted line; pressurizing action), and due to this, a part of the main flow (L) pushed in series flows into the inlet port (Inport) of the LL. After that, the feedback flow passing through the outer feedback loop LL is discharged to the outlet port of the LL and causes separation in the outer block of the main flow L (black dotted line. The main flow A recirculation zone whose role is to reverse the phase).

도 7(b)에 따르면, 주 유동(L)이 박리로 인해 발달한 재순환영역에 의해 안쪽 블록(inner block) 방향으로 밀려나는데, 주 유동(R)이 입구포트 브리지(inport bridge)로 유동을 배출하는 상태에서 주 유동(L)이 밀려남(surged)에 따라 입구포트 브리지(inport bridge) 내 압력이 커진다(도 7(bp)). 이로 인해 입구포트 브리지(inport bridge)로 유입된 유동이 LR과 RL로 분산되는데, 분산된 유동은 LR, RL 각각의 출구포트(outport)를 통해 배출되어 주 유동(L)과 주 유동(R)의 박리를 유발한다(위상 일치(phase-in)를 와해시키는 작용). According to Figure 7 (b), the main flow (L) is pushed in the direction of the inner block (inner block) by the recirculation region developed due to separation, the main flow (R) flow to the inlet port bridge (inport bridge) In the discharged state, as the main flow L is surged, the pressure in the inlet port bridge increases (FIG. 7(bp)). Due to this, the flow flowing into the inlet bridge is distributed to LR and RL, and the dispersed flow is discharged through the outlet ports of LR and RL, respectively, and the main flow (L) and main flow (R) (acting that disrupts phase-in)

도 7(c)에 따르면, 주 유동(L)의 상부가 LR의 출구포트(outport)에서 배출되는 유동에 의해 안쪽 블록(inner block)에서 박리되는 동시에 주 유동(L)의 하부는 입구포트 브리지(inport bridge)에 밀착하여 브리지 내로 유동을 배출한다. 이로 인해 RL의 입구포트(Inport)와 출구포트(outport)에서의 압력이 모두 높아져 주 유동(R)의 위상이 가운데로 정렬한다. According to Figure 7 (c), the upper portion of the main flow (L) is separated from the inner block (inner block) by the flow discharged from the outlet port (outport) of the main flow (L) at the same time the lower portion of the main flow (L) is the inlet port bridge It adheres to the (inport bridge) and discharges the flow into the bridge. Due to this, the pressure at both the inlet port (Inport) and the outlet port (outport) of the RL is increased, so that the phase of the main flow (R) is aligned to the center.

도 7(d)에 따르면, 브리지에서 배출된 유동이 주 유동(R)의 하부를 가압하여(하얀 점선. 위상 일치(phase-in) 유발 작용) 주 유동(R)이 바깥쪽 블록(outer block)쪽으로 밀착하고, 연쇄적으로 주 유동(R)의 일부가 RR의 입구포트(Inport)로 유입된다. 유입된 유동은 RR의 출구포트(outport)로 배출되어 주 유동(R)의 바깥쪽 블록(outer block)에서의 박리를 유발한다. 한편, 안쪽 블록(inner block)에서의 박리로 인해 발달한 재순환영역에 의해 주 유동(L)은 바깥쪽 블록(outer block)쪽으로 밀려난다(위상 일치(phase-in) 와해, 위상 대칭(phase-out)).According to Fig. 7(d), the flow discharged from the bridge presses the lower portion of the main flow R (white dotted line, phase-in induced action), so that the main flow R becomes the outer block. ) side, and a part of the main flow (R) in series flows into the inlet port (Inport) of RR. The incoming flow is discharged to the outlet port of the RR, causing separation in the outer block of the main flow R. On the other hand, the main flow L is pushed toward the outer block by the recirculation region developed due to separation in the inner block (phase-in breakdown, phase-symmetry (phase-in) out)).

도 7(e)에 따르면, 주 유동(R)은 바깥쪽 블록(outer block)에서의 박리로 인해 발달한 재순환영역에 의해 안쪽 블록(inner block)쪽으로 밀려나고, (a)에서와 같이 입구포트 브리지(inport bridge) 내로 주 유동(R)의 일부가 유입되어 주 유동(L)의 하부에 압력을 가한다. 이에 바깥쪽 블록(outer block)에 밀착한 주 유동(L)의 일부가 LL의 입구포트(Inport)로 유입되고 LL의 출구포트(outport)로 배출되어 주 유동(L)의 바깥쪽 블록(outer block)에서의 박리를 유발한다. According to Figure 7 (e), the main flow (R) is pushed toward the inner block (inner block) by the recirculation region developed due to separation from the outer block (a), the inlet port as in (a) A portion of the main flow (R) is introduced into the bridge (inport bridge) to apply pressure to the lower portion of the main flow (L). Accordingly, a part of the main flow (L) in close contact with the outer block flows into the inlet port of the LL and is discharged to the outlet port of the LL to the outer block of the main flow L. block), causing detachment.

도 8에 한 주기(cycle) 동안의 유체진동기 페어 'caseA'의 시간(t*(s))에 따른 진동각(Sweeping angle(degrees))이 나타나 있다. 진동각은 노즐 출구면에서의 세 주기 동안의 시간에 따른 지점별 압력 변화를 관찰한 뒤, 노즐목을 기준으로 가장 압력이 낮은 지점의 평균 위치에 대하여 도출되었으며 y축을 기준으로 안쪽방향으로의 진동각과 바깥방향으로의 진동각이 각각 도출되었다. 8 shows sweeping angles (degrees) according to time (t * (s)) of the fluid vibrator pair 'caseA' during one cycle. The vibration angle was derived from the average position of the lowest pressure point based on the nozzle neck after observing the pressure change at each point over time for three periods on the nozzle exit surface. Angle and outward oscillation angle were derived respectively.

평균 주파수
(Hz)
average frequency
(Hz)
진동각(Sweeping angle)sweeping angle
평균 안쪽 방향 디플렉션
(deg)
Average inward deflection
(deg)
평균 바깥쪽 방향 디플렉션
(deg)
Average outward deflection
(deg)
caseAcaseA 633633 1313 2020

위의 표 2에 유체진동기 페어 'caseA'의 진동 특성(Sweeping characteristics)이 나타나 있다. 진동수는 ‘Lee et al.의 연구’에서의 진동수 측정 지점을 참고하여, 바깥쪽 피드백 루프에서의 시간에 따른 질유량 변화를 푸리에 변환(Fourie transform)을 통해 변환한 값을 열 주기(cycles)에 대해 평균하여 도출하였다. 단일 유체진동기의 진동수(605±15Hz(exp)(Lee et al.의 연구)와 비교하였을 때, 제1 실시형태('caseA')의 진동수는 약 5.0%의 증가를 보였다. 진동각 또한 진동수와 마찬가지로 안쪽 방향 디플렉션(inward deflection)과 바깥쪽 방향 디플렉션(outward deflection)을 각각 열 주기에 대해 평균하여 도출하였다. 유체진동기 페어 'caseA'의 바깥쪽 방향 디플렉션(outward deflection)이 안쪽 방향 디플렉션(inward deflection)보다 크게 측정되었는데, 이는 입구포트 브리지(inport bridge)가 추가됨으로 인해 안쪽 피드백 포트들(feedback ports)에서의 압력이 바깥쪽 피드백 포트들(feedback ports)에서의 압력보다 작아져, 주 유동이 안쪽 벽으로 밀착되는 정도가 증가해 출구 유동의 바깥쪽 방향 디플렉션(outward deflection)이 증가한 것으로 분석되었다.In Table 2 above, the sweeping characteristics of the fluid vibrator pair 'caseA' are shown. For frequency, referring to the frequency measurement point in 'Lee et al.'s study', the value obtained by converting the time-dependent mass flow change in the outer feedback loop through Fourier transform is converted into thermal cycles. were averaged and derived. Compared with the frequency of a single fluid vibrator (605±15 Hz(exp) (research by Lee et al.)), the frequency of the first embodiment ('caseA') showed an increase of about 5.0%. Similarly, the inward deflection and the outward deflection were averaged over the thermal cycle, respectively, and the outward deflection of the fluid vibrator pair 'caseA' Measured larger than the inward deflection, which is that the pressure at the inner feedback ports becomes smaller than the pressure at the outer feedback ports due to the addition of the inlet bridge, It was analyzed that the outward deflection of the outlet flow increased as the degree of adhesion of the main flow to the inner wall increased.

2) 유체진동기 페어의 제2 실시형태('caseB')의 평가2) Evaluation of the second embodiment ('caseB') of the fluid vibrator pair

도 9에 세 주기(cycles) 동안의 유체진동기 페어 'caseB'의 노즐목과 바깥쪽 피드백 루프들(outer feedback loops)(LL,RR)에서의 시간에 따른 질유량(Mass flow rate, kg/s)이 나타나 있다. 진동 시작 후 약 열 주기(cycles)가 지난 이후 일정한 위상 변화와 진동수를 보이는 시점에서 관찰 주기가 선정되었다.In Figure 9, the nozzle neck and the outer feedback loops (LL, RR) of the fluid vibrator pair 'caseB' during three cycles (Mass flow rate, kg/s) This appears. The observation period was selected at a point in time showing a constant phase change and frequency after about ten cycles after the start of vibration.

안쪽 피드백 루프들(inner feedback loops)(LR,RL)의 출구포트(outport)를 연결한 유체진동기 페어 'caseB'의 경우, 브리지 연결로 인한 안쪽 피드백 루프들(LR,RL)의 입구포트들(Inports)과 바깥쪽 피드백 루프들(LL,RR)의 입구포트들(Inports) 간의 압력차에 의해서 주 유동(L,R)이 각 안쪽 피드백 루프들(inner feedback loops)(LR,RL)의 입구포트(Inport)로 유동이 동시에 유입되는데, 출구포트 브리지(outport bridge)에서 밀집된 후, 각 안쪽 피드백 루프들(inner feedback loops)의 출구포트(outport)로 분산되는 유량의 차이로 인해 위상차가 발생하였으며, 출구포트 브리지(outport bridge)를 통해 공유하는 유량의 차이 또한 발생하였다. 각 유체진동기의 노즐목에서의 질유량이 이로 인해 변화하였고, 최종적으로 유량 총량의 차이를 야기하였는데, 세 주기 동안 계산된 유량 총량은 유체진동기 L의 유량 총량이 유체진동기 R의 유량 총량보다 1.8% 더 높게 도출되었다. 유체진동기 페어 'caseB'의 바깥쪽 피드백 루프(LL,RR)에서 위상차를 계산한 결과 유체진동기 페어 'caseB'의 두 유체진동기의 위상차는 주기의 12.1%로 계산되었다. In the case of the fluid vibrator pair 'caseB' that connects the outlet ports of the inner feedback loops (LR, RL), the inlet ports ( Inports) and the pressure difference between the inlet ports (Inports) of the outer feedback loops (LL, RR), the main flow (L, R) is the inlet of each of the inner feedback loops (LR, RL) The flow flows into the port at the same time, and the phase difference occurs due to the difference in flow rate that is concentrated at the outlet bridge and then distributed to the outlet ports of each inner feedback loop. , a difference in the flow rate shared through the outlet port bridge also occurred. The mass flow rate at the nozzle neck of each fluid vibrator changed due to this, and finally, a difference in the total flow rate was caused. was drawn higher. As a result of calculating the phase difference in the outer feedback loops (LL, RR) of the fluid vibrator pair 'caseB', the phase difference between the two fluid vibrators of the fluid vibrator pair 'caseB' was calculated to be 12.1% of the period.

도 10에 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseB'의 마하수(Mach Number), 압력 윤곽(Pressure contour) 및 스트림라인(streamline)이 나타나 있다. 앞서 도 9에 도 10에서의 관찰 시점 (a)-(c)가 표시되었다.10 shows the Mach number, pressure contour, and streamline of the fluid vibrator pair 'caseB' during one cycle. The observation time points (a)-(c) in FIG. 10 are shown in FIG. 9 above.

도 10(a)에 따르면, 출구포트 브리지(outport bridge) 연결로 인해 안쪽 피드백 루프들(inner feedback loops)(LR,RL)에서의 압력이 바깥쪽 피드백 루프들(outer feedback loops)(LL,RR)에서보다 상대적으로 낮아져 주 유동(L,R)이 안쪽 블록(inner block) 쪽으로 밀착되고 두 유체진동기의 출구유동이 안쪽으로 모인다(위상 대칭(phase-out)). 이어 LR, RL의 입구포트(Inport)로 유동이 유입되고 출구포트 브리지(outport bridge)에 밀집한다. 브리지 내 압력이 상승하고(도 10(ap)) LR, RL의 출구포트(outport)로 유동이 배출되어 주 유동(L,R)의 안쪽 블록(inner block)에서의 박리를 유발한다. 두 유체진동기의 출구유동이 바깥쪽으로 디플렉션(deflection)된다(위상 대칭(phase-out)).According to Figure 10 (a), the pressure in the inner feedback loops (LR, RL) due to the outlet port bridge (outport bridge) connection to the outer feedback loops (LL, RR) ), the main flows (L, R) are pressed toward the inner block, and the outlet flows of the two fluid vibrators are gathered inward (phase-out). Then, the flow flows into the inlet ports of LR and RL and is concentrated at the outlet port bridge. The pressure in the bridge rises (FIG. 10(ap)) and the flow is discharged to the outlet ports of LR and RL, causing separation in the inner block of the main flows L and R. The outlet flow of both fluid vibrators is deflected outward (phase-out).

도 10(b)에 따르면, 박리로 인해 안쪽 블록(inner block) 근처에 생성된 재순환영역이 발달하며 주 유동(L,R)이 바깥쪽 블록(outer block)로 밀려난다. 이 움직임으로 인해 LL, RR의 입구포트(Inport)로 유동이 유입되고 LL, RR 각각의 출구포트(outport)로 배출되어 주 유동(L,R)의 바깥쪽 블록(outer block) 에서의 박리를 유발한다. According to FIG. 10( b ), the recirculation region generated near the inner block develops due to delamination, and the main flows L and R are pushed to the outer block. Due to this movement, the flow enters the inlet ports of LL and RR and is discharged to the outlet ports of LL and RR to prevent separation from the outer block of the main flows L and R. cause.

도 10(c)에 따르면, 박리로 인해 바깥쪽 블록(outer block) 근처에서 생성된 재순환영역이 발달하며 주 유동(L,R)이 안쪽 블록(inner block)쪽으로 밀착하고 (a)의 과정을 반복한다. According to FIG. 10(c), the recirculation region generated near the outer block develops due to the separation, and the main flows L and R are in close contact with the inner block, and the process of (a) is followed. Repeat.

출구포트 브리지(outport bridge)를 적용한 유체진동기 페어 'caseB'의 경우, 브리지 연결로 인해 안쪽 블록(inner block)에서 재순환 영역의 성장이 바깥쪽 블록(outer block)에서보다 느려진다. 이로 인해 안쪽 블록(inner block)로 deflect할 때와 바깥쪽 블록(outer block)로 deflect할 때 출구 유동이 maximum deflection angle에 도달하기까지 시간차가 발생하는데, 이 시간차는 도 9에 표시된 시간(time bar)에서와 같이 0.06T(0.1ms)로 계산되었다. In the case of fluid vibrator pair 'caseB' to which an outlet bridge is applied, the growth of the recirculation region in the inner block is slower than in the outer block due to the bridge connection. Due to this, a time difference occurs until the outlet flow reaches the maximum deflection angle when deflecting to the inner block and deflecting to the outer block, and this time difference occurs in the time bar shown in FIG. ) was calculated as 0.06T (0.1ms).

평균 주파수
(Hz)
average frequency
(Hz)
진동각(Sweeping angle)sweeping angle
평균 안쪽 방향 디플렉션
(deg)
Average inward deflection
(deg)
평균 바깥쪽 방향 디플렉션
(deg)
Average outward deflection
(deg)
caseBcaseB 619619 1313 2020

도 11에 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseB'의 시간(t*(s))에 따른 진동각(Sweeping angle(degrees))이 나타나 있다. 위의 표 3은 유체진동기 페어 'caseB'의 진동 특성(Sweeping characteristics)을 나타냈으며, 열 주기(cycles)에 대해 평균한 진동각과 진동수를 유체진동기 페어 'caseA'와 같은 방법으로 도출하였다. 단일 유체진동기의 진동수(605±15Hz(exp))‘Lee et al.의 연구’와 비교하였을 때, 유체진동기 페어 'caseB'의 진동수는 약 2.3%의 증가를 보였다. 유체진동기 페어 'caseA'와 마찬가지로 유체진동기 페어 'caseB'의 바깥쪽 방향 디플렉션(outward deflection)이 안쪽 방향 디플렉션(inward deflection)보다 크게 측정되었다. 이는 출구포트 브리지(outport bridge) 연결로 인해 안쪽 피드백 포트들(feedback ports)에서의 압력이 바깥쪽 피드백 포트들(feedback ports)에서의 압력보다 작아져, 주 유동이 안쪽 벽으로 밀착되는 정도가 증가해 출구 유동의 바깥쪽 방향 디플렉션(outward deflection)가 증가한 것으로 분석되었다.11 shows sweeping angles (degrees) according to time (t * (s)) of the fluid vibrator pair 'caseB' during one cycle. Table 3 above shows the sweeping characteristics of the fluid vibrator pair 'caseB', and the average vibration angle and frequency for thermal cycles was derived in the same way as the fluid vibrator pair 'caseA'. The frequency of a single fluid vibrator (605±15Hz(exp)) was increased by about 2.3% when compared with 'Lee et al.'s study'. Like the fluid vibrator pair 'caseA', the outward deflection of the fluid vibrator pair 'caseB' was measured to be larger than the inward deflection. This is because the pressure at the inner feedback ports becomes smaller than the pressure at the outer feedback ports due to the outlet port bridge connection, increasing the degree of adhesion of the main flow to the inner wall. It was analyzed that the outward deflection of the sea outlet flow increased.

3) 유체진동기 페어의 제3 실시형태('caseC')의 평가3) Evaluation of the third embodiment ('caseC') of the fluid vibrator pair

도 12에 세 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseC'의 노즐목과 바깥쪽 피드백 루프들(outer feedback loops)(LL,RR)에서의 시간에 따른 질유량(Mass flow rate, kg/s)이 나타나 있다. 진동 시작 후 약 열 주기가 지난 이후 일정한 위상 변화와 진동수를 보이는 시점에서 관찰 주기가 선정되었다.12 shows the mass flow rate (kg/s) over time in the nozzle neck and outer feedback loops (LL, RR) of the fluid vibrator pair 'caseC' for three cycles . The observation period was selected at a time point showing a constant phase change and frequency after about ten cycles passed after the start of the oscillation.

유체진동기 페어 'caseC'의 경우, 안쪽 피드백 루프들(inner feedback loops)를 제거하고 입구포트들(Inports)와 출구포트들(outports)를 연결함으로 인해 출구포트 브리지(outport bridge), 입구포트 브리지(inport bridge) 그리고 바깥쪽 피드백 루프들(outer feedback loops) 내 피드백 유량의 차이가 발생한다. 피드백 유량의 차이로 인해 주 유동의 위상 전환을 유발하는 재순환영역의 성장 속도에 차이가 발생하고 위상차를 야기한다. 유체진동기 페어 'caseC'의 바깥쪽 피드백 루프들(outer feedback loops)에서 측정된 위상차는 주기의 13.9%로 분석되었다.In the case of the fluid vibrator pair 'caseC', by removing the inner feedback loops and connecting the inlet ports (Inports) and the outlet ports (outports), the outlet port bridge (outport bridge), the inlet port bridge ( The difference in feedback flow in the input bridge) and the outer feedback loops occurs. Due to the difference in the feedback flow rate, a difference occurs in the growth rate of the recirculation region, which causes a phase change of the main flow, and causes a phase difference. The phase difference measured in the outer feedback loops of the fluid vibrator pair 'caseC' was analyzed as 13.9% of the period.

도 13에 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseC'의 마하수(Mach Number), 압력 윤곽(Pressure contour) 및 스트림라인(streamline)이 나타나 있다. 앞서 도 12에 도 13에서의 관찰 시점 (a)-(d)가 표시되었다.13 shows the Mach number, pressure contour, and streamline of the fluid vibrator pair 'caseC' during one cycle. The observation time points (a)-(d) in FIG. 13 were previously shown in FIG. 12 .

도 13(a)에 따르면, 입구포트 브리지(inport bridge), 출구포트 브리지(outport bridge) 내 압력이 바깥쪽 피드백 루프들(outer feedback loops)(LL,RR)에서보다 낮아져 주 유동(L,R)이 안쪽 블록(inner block) 쪽으로 밀착되고 압력 불균형으로 인해 주 유동(R)이 먼저 출구포트 브리지(outport bridge)를 통해 유동을 배출한다(하얀 점선. 위상을 정렬하는 가압 작용). 배출된 유동이 주 유동(L)을 가압하여 바깥쪽 블록(outer block) 쪽으로 밀어내고, 연쇄적으로 LL의 입구포트(Inport)에 주 유동(L)의 일부가 유입되어 LL의 출구포트(outport)로 배출되고 주 유동(L)의 바깥쪽 블록(outer block)에서의 박리를 유발한다. 박리로 인해 재순환영역이 발달하여 주 유동(L)이 입구포트 브리지(inport bridge)로 밀착되고, 입구포트 브리지로 유동을 배출하여 주 유동(R)의 안쪽 블록(inner block)에서의 박리를 유발한다(까만 점선. 위상 전환을 유발하는 재순환영역). According to Figure 13 (a), the pressure in the inlet port bridge (inport bridge), the outlet port bridge (outport bridge) is lower than that in the outer feedback loops (LL, RR), the main flow (L, R) ) is pressed toward the inner block, and due to the pressure imbalance, the main flow R first discharges the flow through the outlet bridge (dotted white line; pressure action to align the phase). The discharged flow presses the main flow (L) and pushes it toward the outer block, and a part of the main flow (L) flows into the inlet port (Inport) of the LL in a chain to the outlet port (outport) of the LL ) and causes delamination in the outer block of the main flow (L). Due to the separation, the recirculation region develops, and the main flow (L) is closely attached to the inlet port bridge, and the flow is discharged to the inlet port bridge to cause separation in the inner block of the main flow (R). (black dotted line. Recirculation region causing phase shift).

도 13(b)에 따르면, 박리로 인한 재순환영역이 발달하여 주 유동(L)이 안쪽 블록(inner block)에 밀착되고 주 유동(R)이 바깥쪽 블록(outer block)에 밀착된다(위상 일치(phase-in)).According to Fig. 13(b), the recirculation region due to delamination develops so that the main flow L is in close contact with the inner block and the main flow R is in close contact with the outer block (phase coincidence). (phase-in)).

도 13(c)에 따르면, 주 유동(L)이 안쪽 블록(inner block)에 밀착되며 입구포트 브리지(inport bridge)로 유동을 배출한다. 배출된 유동이 주 유동(R)을 가압하여 주 유동(R)이 바깥쪽 블록(outer block)에 밀착되고 RR의 입구포트(Inport)로 유동이 유입된다. 이어 RR의 출구포트(outport)로 배출된 유동에 의해 바깥쪽 블록(outer block)에서의 주 유동(R)의 박리가 유발된다.According to Figure 13 (c), the main flow (L) is in close contact with the inner block (inner block) and discharges the flow to the inlet port bridge (inport bridge). The discharged flow presses the main flow (R), the main flow (R) is in close contact with the outer block (outer block), the flow is introduced into the inlet port (Inport) of the RR. Then, separation of the main flow R in the outer block is induced by the flow discharged to the outlet port of the RR.

도 13(d)에 따르면, 박리로 인해 성장한 재순환영역에 의해 주 유동(R)이 안쪽 블록(inner block)로 밀착되어 출구포트 브리지(outport bridge)로 유동을 배출한다. 출구포트 브리지로 배출된 유동에 의해 주 유동(L)의 안쪽 블록(inner block)에서의 박리가 유발되고 주 유동(L)이 바깥쪽 블록(outer block)쪽으로 밀려난다(위상 일치(phase-in)). According to FIG. 13( d ), the main flow R is in close contact with the inner block by the recirculation region grown due to the separation, and the flow is discharged to the outlet port bridge. Separation in the inner block of the main flow L is caused by the flow discharged to the outlet port bridge, and the main flow L is pushed toward the outer block (phase-in). )).

평균 주파수
(Hz)
average frequency
(Hz)
진동각(Sweeping angle)sweeping angle
평균 안쪽 방향 디플렉션
(deg)
Average inward deflection
(deg)
평균 바깥쪽 방향 디플렉션
(deg)
Average outward deflection
(deg)
caseCcaseC 516516 1313 1818

도 14에 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseC'의 시간(t*(s))에 따른 진동각(Sweeping angle(degrees))이 나타나 있다. 위의 표 4에는 유체진동기 페어 'caseC'의 진동 특성(Sweeping characteristics)을 나타냈으며, 열 주기에 대해 평균한 진동각과 진동수를 유체진동기 페어 'caseA'와 같은 방법으로 도출하였다. 단일 유체진동기의 진동수(605±15Hz(exp))‘Lee et al.의 연구’와 비교하였을 때, 유체진동기 페어 'caseC'의 진동수는 약 14.7%의 감소를 보였다. 단일 유체진동기(single fluidic oscillator)와는 달리 유체진동기 페어 'caseC'의 경우 출구포트(outport) 브리지를 통해 배출되는 유동에 의해 안쪽 블록(inner block)과 주 유동 사이에 재순환영역이 성장하는데, 출구포트 브리지(outport bridge)를 통해 배출되는 유동의 질유량이 단일 유체진동기의 피드백 루프를 통해 배출되는 질유량에 비해 작아, 안쪽 블록(inner block)과 주 유동 사이에 생성되는 재순환영역의 성장 속도가 느려진다. 즉, 출구포트(outport)로 배출되는 유동의 질유량 차이로 인한 재순환영역의 성장 속도 저하로 인해 유체진동기 페어 'caseC'의 진동수가 감소한 것으로 분석되었다. 유체진동기 페어 'caseC'의 경우, 유체진동기 페어 'caseA'와 유체진동기 페어 'caseB'에 비하여 바깥쪽 방향 디플렉션(outward deflection)이 10% 감소했다. 이는 출구포트 브리지(outport bridge) 연결로 인해 피드백 유동의 이동 거리가 단축되어, 피드백 유동이 상대 유체진동기의 출구포트(outport)에 도달하는 시간이 기존 피드백 루프를 통한 응답 시간보다 짧아져 주 유동의 일부가 입구포트(Inport)로 유입되어 주 유동이 휘어지는 과정을 상대적으로 이르게 저지하기 때문인 것으로 분석되었다.Fig. 14 shows sweeping angles (degrees) according to time (t * (s)) of the fluid vibrator pair 'caseC' during one cycle. Table 4 above shows the sweeping characteristics of the fluid vibrator pair 'caseC', and the average vibration angle and frequency with respect to the thermal cycle was derived in the same way as the fluid vibrator pair 'caseA'. The frequency of a single fluid vibrator (605±15Hz(exp)) compared with 'Lee et al.'s study', the frequency of a pair of fluid vibrators 'caseC' showed a decrease of about 14.7%. Unlike the single fluidic oscillator, in the case of the fluid oscillator pair 'caseC', a recirculation area grows between the inner block and the main flow by the flow discharged through the outlet bridge. The mass flow rate of the flow discharged through the outport bridge is small compared to the mass flow rate discharged through the feedback loop of a single fluid vibrator, so the growth rate of the recirculation region created between the inner block and the main flow is slowed down. . That is, it was analyzed that the frequency of the fluid vibrator pair 'caseC' decreased due to the decrease in the growth rate of the recirculation region due to the difference in the mass flow rate of the flow discharged to the outlet port. In the case of the fluid vibrator pair 'caseC', outward deflection was reduced by 10% compared to the fluid vibrator pair 'caseA' and the fluid vibrator pair 'caseB'. This is because the movement distance of the feedback flow is shortened due to the connection of the outlet port bridge, and the time for the feedback flow to reach the outlet port of the counterpart fluid vibrator is shorter than the response time through the existing feedback loop. It was analyzed that this is because a part of it flows into the Inport and blocks the bending process of the main flow relatively early.

4) 유체진동기 페어의 제4 실시형태('caseD')의 평가 4) Evaluation of the fourth embodiment ('caseD') of the fluid vibrator pair

도 15에 세 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseD'의 노즐목과 바깥쪽 피드백 루프들(outer feedback loops)(LL,RR)에서의 시간에 따른 질유량(Mass flow rate, kg/s)이 나타나 있다. 진동 시작 후 약 열 주기가 지난 이후 일정한 위상 변화와 진동수를 보이는 시점에서 관찰 주기가 선정되었다.15 shows the mass flow rate (kg/s) over time in the nozzle neck and outer feedback loops (LL, RR) of the fluid vibrator pair 'caseD' for three cycles. . The observation period was selected at a time point showing a constant phase change and frequency after about ten cycles passed after the start of the oscillation.

유체진동기 페어 'caseD'의 경우, 입구포트 브리지(inport bridge), 출구포트 브리지(outport bridge)를 연결한 유체진동기 페어 'caseC'에 챔버 브리지(chamber bridge)를 추가로 연결한 구조로, 유체진동기 페어 'caseC'와 비교하였을 때 노즐목에서의 질유량의 최대값과 최소값의 차이가 31.6% 증가했다. 이는 챔버 브리지(chamber bridge) 연결로 인해 공유하는 유량이 증가하여 각 유체진동기의 노즐목에서의 질유량의 변동폭 또한 커진 것으로 분석되었다. In the case of the fluid vibrator pair 'caseD', a chamber bridge is additionally connected to the fluid vibrator pair 'caseC', which connects an inport bridge and an outlet bridge. Compared with the pair 'caseC', the difference between the maximum and minimum values of mass flow at the nozzle neck increased by 31.6%. It was analyzed that the flow rate shared was increased due to the connection of the chamber bridge, and the fluctuation range of the mass flow rate at the nozzle neck of each fluid vibrator was also increased.

도 16에 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseD'의 마하수(Mach Number), 압력 윤곽(Pressure contour) 및 스트림라인(streamline)이 나타나 있다. 앞서 도 15에 도 16에서의 관찰 시점 (a)-(d)가 표시되었다.16 shows the Mach number, pressure contour, and streamline of the fluid vibrator pair 'caseD' during one cycle. The observation time points (a)-(d) in FIG. 16 were previously shown in FIG. 15 .

도 16(a)에 따르면, 세 브리지 내 압력이 바깥쪽 피드백 루프들(outer feedback loops)(LL,RR)에서보다 작아져 주 유동(L,R)이 안쪽 블록(inner block) 쪽으로 밀착되고, 미소한 압력차에 의해 주 유동(R)의 하부가 안쪽 블록(inner block)로 밀착되고 입구포트 브리지(inport bridge)를 통해 유동을 배출한다. 배출된 유동이 주 유동(L)을 가압하고 밀려난 주 유동(L)이 바깥쪽 블록(outer block)에 밀착하며 LL의 입구포트(Inport)로 유동이 유입된다. LL의 출구포트(outport)로 유동이 배출되며 주 유동(L)의 바깥쪽 블록(outer block)에서의 박리를 유발하고 밀려난 주 유동(L)이 안쪽 블록(inner block)에 밀착되며 출구포트 브리지(outport bridge)와 챔버 브리지(chamber bridge)로 유동을 배출한다. 출구포트 브리지(outport bridge)를 통해 배출된 유동이 주 유동(R)의 안쪽 블록(inner block)에서의 박리를 유발한다.According to Figure 16 (a), the pressure in the three bridges is smaller than in the outer feedback loops (LL, RR), the main flow (L, R) is in close contact with the inner block (inner block), The lower part of the main flow (R) is in close contact with the inner block by the minute pressure difference, and the flow is discharged through the inlet port bridge. The discharged flow presses the main flow (L), the pushed out main flow (L) is in close contact with the outer block (outer block), the flow is introduced into the inlet port (Inport) of the LL. The flow is discharged to the outlet port of LL, causing separation from the outer block of the main flow (L), and the pushed out main flow (L) is in close contact with the inner block and the outlet port The flow is discharged to an outlet bridge and a chamber bridge. The flow discharged through the outlet port bridge causes delamination in the inner block of the main flow R.

도 16(b)에 따르면, 챔버 브리지(chamber bridge)를 통해 배출된 유동이 주 유동(R)의 중간부를 가압하는 동시에 주 유동(R)의 안쪽 블록(inner block)에서의 박리에 뒤따른 재순환영역의 생성을 방해한다.According to Figure 16 (b), the flow discharged through the chamber bridge (chamber bridge) pressurizes the middle portion of the main flow (R) at the same time as the recirculation region following separation in the inner block (inner block) of the main flow (R) interfere with the creation of

도 16(c)에 따르면, 주 유동(L)의 하부가 안쪽 블록(inner block)에 밀착되며 입구포트 브리지(inport bridge)로 유동을 배출한다. 배출된 유동에 의해 가압된 주 유동(R)이 바깥쪽 블록(outer block)쪽으로 밀려나고 RR의 입구포트(Inport)에 유동이 유입된다.According to Figure 16 (c), the lower portion of the main flow (L) is in close contact with the inner block (inner block) and discharges the flow to the inlet port bridge (inport bridge). The main flow (R) pressurized by the discharged flow is pushed toward the outer block and the flow is introduced into the inlet port (Inport) of the RR.

도 16(d)에 따르면, RR의 출구포트(outport)로 배출된 유동에 의해 주 유동(R)의 바깥쪽 블록(outer block)에서의 박리가 유발되고 재순환 영역이 생성된다. 재순환영역이 발달하며 주 유동(R)을 안쪽 블록(inner block)쪽으로 밀어내고, 출구포트 브리지(outport bridge)와 챔버 브리지(chamber bridge)로 주 유동(R)의 일부가 유입된다. According to FIG. 16( d ), the separation in the outer block of the main flow R is induced by the flow discharged to the outlet port of the RR and a recirculation region is created. As the recirculation region develops, the main flow R is pushed toward the inner block, and a part of the main flow R is introduced into the outlet port bridge and the chamber bridge.

평균 주파수
(Hz)
average frequency
(Hz)
진동각(Sweeping angle)sweeping angle
평균 안쪽 방향 디플렉션
(deg)
Average inward deflection
(deg)
평균 바깥쪽 방향 디플렉션
(deg)
Average outward deflection
(deg)
caseDcaseD 675675 1818 1313

도 17에 한 주기 동안의 유체진동기 페어 'caseD'의 시간(t*(s))에 따른 진동각(Sweeping angle(degrees))이 나타나 있다. 위의 표 5에는 유체진동기 페어 'caseD'의 진동 특성(Sweeping characteristics)을 나타냈으며, 열 주기에 대해 평균한 진동각과 진동수를 유체진동기 페어 'caseA'와 같은 방법으로 도출하였다. 단일 유체진동기의 진동수(605±15Hz(exp))‘Lee et al.의 연구’와 비교하였을 때, 유체진동기 페어 'caseD'의 진동수는 약 11.6%의 증가를 보였다. 유체진동기 페어 'caseD'는 유체진동기 페어 'caseC'에 비교했을 때 진동수가 30.8% 증가하였고 안쪽 방향 디플렉션(inward deflection)이 38.5% 증가, 바깥쪽 방향 디플렉션(outward deflection)은 38.5% 감소하였다. 유체진동기 페어 'caseD'의 경우, 유체진동기 페어 'caseC'의 형상에서 챔버 브리지(chamber bridge)가 추가됨으로 인해 브리지s를 통해 상대 유체진동기로 배출되는 유량이 증가하고 상대 주 유동을 바깥쪽 블록(outer block)로 밀어내는 압력이 커진다. 이로 인해 주 유동의 바깥쪽 블록(outer block)쪽으로의 전진 속도가 증가하여 진동수가 증가하고, 안쪽 방향 디플렉션(inward deflection) 또한 증가한 것으로 분석되었으며, 브리지s를 통해 유출되는 유량이 증가함에 따라 바깥쪽 블록(outer block)에서 발달하는 재순환영역의 강도는 상대적으로 약해져 바깥쪽 방향 디플렉션(outward deflection)은 감소한 것으로 분석되었다.17 shows sweeping angles (degrees) according to time (t * (s)) of the fluid vibrator pair 'caseD' during one cycle. Table 5 above shows the sweeping characteristics of the fluid vibrator pair 'caseD', and the average vibration angle and frequency with respect to the thermal cycle was derived in the same way as the fluid vibrator pair 'caseA'. The frequency of a single fluid vibrator (605±15Hz(exp)) compared with 'Lee et al.'s study', the frequency of a pair of fluid vibrators 'caseD' showed an increase of about 11.6%. Compared with the fluid vibrator pair 'caseD', the frequency of the fluid vibrator pair 'caseD' increased by 30.8%, the inward deflection increased by 38.5%, and the outward deflection decreased by 38.5%. . In the case of the fluid vibrator pair 'caseD', due to the addition of a chamber bridge in the shape of the fluid vibrator pair 'caseC', the flow discharged to the counter fluid vibrator through the bridges increases and the relative main flow is reduced to the outer block ( The pressure pushing to the outer block) increases. As a result, it was analyzed that the forward speed of the main flow toward the outer block increased and the frequency increased, and the inward deflection was also increased. It was analyzed that the strength of the recirculation region developed in the outer block was relatively weak, so that the outward deflection was reduced.

결론(Conclusions)Conclusions

본 연구에서는 NPR3.0의 조건에서 inclined 안쪽 블록(inner block)이 적용된 유체진동기 두 기의 입구포트(Inport)와 출구포트(outport), 그리고 재순환영역 챔버(Recirculation chamber)를 각각 브리지를 통해 연결한 네 가지 유체진동기 페어에 대하여 브리지 위치에 따른 진동 특성 및 유량 특성이 전산해석을 통해 분석되었다. 해석 결과, 입구포트(Inport)와 출구포트(outport), 재순환영역 챔버(Recirculation chamber) 각각의 브리지 연결 위치에 따라 유체진동기 페어의 상호작용이 구분되었으며, 브리지를 통해 상대 유체진동기의 출구포트(outport)로 배출된 유동이 박리를 유발하며 생성하는 재순환영역의 성장과 소멸이 유체진동기 페어의 위상을 일치/대칭시키는 데에 큰 관여를 하는 것으로 분석되었다. In this study, under the condition of NPR3.0, the inlet and outlet ports and the recirculation chamber of two fluid vibrators with an inclined inner block were connected through a bridge, respectively. For the four fluid vibrator pairs, the vibration characteristics and flow rate characteristics according to the bridge position were analyzed through computational analysis. As a result of the analysis, the interaction of the fluid vibrator pair was distinguished according to the bridge connection positions of the inport, outlet, and recirculation chamber, respectively, and the outlet port of the other fluid vibrator through the bridge. ), it was analyzed that the growth and disappearance of the generated recirculation region caused separation and was significantly involved in matching/symmetrical phase of the fluid vibrator pair.

입구포트 브리지(inport bridge)를 연결한 유체진동기 페어 'caseA'의 경우, 입구포트 브리지(inport bridge)를 거쳐 배출되는 피드백 유동(feedback flow)가 세 경로로 각 유체진동기 내에 유입되어 두 주 유동 모두에 안쪽 블록(inner block)에서의 박리를 유발하였고, 상대 주 유동의 하부에 직접적인 가압을 수행하였다. 이로 인해 위상차가 발생하였으며 주기의 21.0%로 분석되었다. 위상차로 인해 각 유체진동기가 브리지를 통해 상대 유체진동기와 공유하는 유량에 차이가 발생했으며, 그에 따라 노즐목에서의 질유량 또한 변화해 유체진동기 L의 유량 총량이 유체진동기 R에 비해 3.3% 더 높게 측정되었다. 진동수는 단일 유체진동기 대비 5.0%의 증가를 보였고, 브리지 연결로 인한 안쪽 피드백 루프들(inner feedback loops)와 바깥쪽 피드백 루프들(outer feedback loops) 간의 압력차로 인해 출구유동의 바깥쪽 방향 디플렉션(outward deflection)이 안쪽 방향 디플렉션(inward deflection)보다 더 크게 측정되었다. In the case of 'caseA', a fluid vibrator pair with an inlet port bridge connected, the feedback flow discharged through the inlet port bridge flows into each fluid vibrator through three paths, so that both main flows induced delamination from the inner block, and direct pressurization was performed on the lower portion of the relative main flow. Due to this, a phase difference occurred and was analyzed as 21.0% of the period. Due to the phase difference, there was a difference in the flow rate that each fluid vibrator shared with the other fluid vibrator through the bridge, and accordingly, the mass flow rate at the nozzle neck also changed, so that the total flow rate of the fluid vibrator L was 3.3% higher than that of the fluid vibrator R was measured. The frequency showed an increase of 5.0% compared to the single fluid vibrator, and the outward deflection of the outlet flow due to the pressure difference between the inner and outer feedback loops due to the bridge connection Outward deflection was measured to be larger than inward deflection.

출구포트 브리지(outport bridge)를 연결한 유체진동기 페어 'caseB'의 경우, 각 기의 안쪽 피드백 루프들(inner feedback loops)에 유입되는 피드백 유동(feedback flow)가 출구포트 브리지(outport bridge)에 밀집하여 동시에 각 유체진동기의 주 유동의 안쪽벽으로부터의 박리를 유발해 주 유동을 동시에 바깥쪽으로 밀어내 위상을 대칭시키는 mechanism으로 작동했다. 유체진동기 페어 'caseA'와 마찬가지로 압력 불균형으로 인해 출구포트 브리지(outport bridge)를 통해 공유하는 유량에 차이가 발생했으며 위상차가 관찰되었다. 유체진동기 페어 'caseB'는 주기의 12.1%의 위상차를 띠고 대칭된 출구 유동이 관찰되었으며, 유체진동기 L의 노즐목에서의 유량 총량이 유체진동기 R에 비해 1.8% 더 높게 측정되었다. 단일 유체진동기에 비해 진동수는 2.3%의 증가를 보였으며 유체진동기 페어 'caseA'에서와 마찬가지로 브리지 연결로 인한 압력 불균형에 의해 바깥쪽 방향 디플렉션(outward deflection)이 더 커져 안쪽 방향 디플렉션(inward deflection)과의 차이가 관찰되었다. In the case of 'caseB', a fluid vibrator pair connected with an outlet bridge, the feedback flow flowing into the inner feedback loops of each unit is concentrated on the outlet bridge. Thus, it simultaneously caused separation from the inner wall of the main flow of each fluid vibrator, pushing the main flow outward at the same time, acting as a mechanism to symmetrical the phase. As with the fluid vibrator pair 'caseA', there was a difference in the flow rate shared through the outlet port bridge due to the pressure imbalance, and a phase difference was observed. The fluid vibrator pair 'caseB' had a phase difference of 12.1% of the period and symmetrical outlet flow was observed, and the total flow rate at the nozzle neck of the fluid vibrator L was measured to be 1.8% higher than that of the fluid vibrator R. Compared to the single fluid vibrator, the frequency increased by 2.3%, and as in the fluid vibrator pair 'caseA', the outward deflection became larger due to the pressure imbalance due to the bridge connection, resulting in inward deflection (inward deflection). ) was observed.

입구포트 브리지(inport bridge)와 출구포트 브리지(outport bridge)를 연결한 유체진동기 페어 'caseC'의 경우, 출구포트 브리지(outport bridge)를 통해 공유된 유동이 주 유동의 안쪽 블록(inner block)에서의 박리를 유발해 위상을 반대 방향으로 전환하고 입구포트 브리지(inport bridge)를 통해 직접적인 가압을 수행하여 출구유동의 동기화(synchronization)을 유발하였다. 유체진동기 페어 'caseC'의 각 유체진동기 간의 노즐목에서의 유량 총량 차이는 1% 미만이었으며, 위상차는 주기의 13.9%로 분석되었다. 유체진동기 페어 'caseC'의 경우, 출구포트(outport) bidge를 통해 배출되는 유동으로 안쪽 블록(inner block)에서의 박리가 유발되고 주 유동을 밀어내는 재순환영역이 생성되는데, 단일 유체진동기에 비해 출구포트 브리지(outport bridge)를 통해 배출되는 질유량이 작아 재순환영역의 성장 속도가 느려져 진동수는 단일 유체진동기 대비 14.7%의 감소를 보였다. In the case of the fluid vibrator pair 'caseC' that connects the inlet and outlet bridges, the flow shared through the outlet bridge is transferred from the inner block of the main flow. The phase was reversed by inducing separation, and the synchronization of the outlet flow was induced by performing direct pressurization through the inlet bridge. The difference in the total flow rate at the nozzle neck between each fluid vibrator of the fluid vibrator pair 'caseC' was less than 1%, and the phase difference was analyzed as 13.9% of the cycle. In the case of the fluid vibrator pair 'caseC', the flow discharged through the outlet bidge causes separation in the inner block and creates a recirculation region that pushes the main flow. As the mass flow discharged through the port bridge was small, the growth rate of the recirculation region was slowed, and the frequency decreased by 14.7% compared to the single fluid vibrator.

입구포트 브리지(inport bridge)와 출구포트 브리지(outport bridge), 챔버 브리지(chamber bridge)를 연결한 유체진동기 페어 'caseD'의 경우, 유체진동기 페어 'caseC'와 마찬가지로 출구포트 브리지(outport bridge)를 통해 배출된 유동으로 인해 주 유동의 안쪽 블록(inner block)에서의 박리가 유발되나, 챔버 브리지(chamber bridge)에서 배출되는 유동으로 인해 재순환영역이 생성되지 못하고 오로지 브리지를 통해 배출되는 유동이 상대 주 유동을 가압하는 원리로 상호작용한다. 재순환영역의 부재로 인해 유체진동기 페어 'caseC' 대비 진동수가 30.8% 증가하였으며 단일 진동기 대비 11.6%의 증가를 보였다. 유체진동기 페어 'caseC'와는 달리 챔버 브리지(chamber bridge)로 유출되는 유동이 추가로 발생하여 바깥쪽 블록(outer block)에서 생성되는 재순환영역의 강도가 약해져 네 가지 유형들 중 유일하게 바깥쪽 방향 디플렉션(outward deflection)이 안쪽 방향 디플렉션(inward deflection)에 비해 작게 측정되었다. 유체진동기 페어 'caseC'의 위상차는 네 가지 유형들 중 가장 작았으며 주기의 2.9%로 분석되었다.In the case of the fluid vibrator pair 'caseD', which connects the inlet port bridge, the outlet bridge, and the chamber bridge, the outlet port bridge is similar to the fluid vibrator pair 'caseC'. Separation is caused in the inner block of the main flow due to the flow discharged through the main flow They interact on the principle of pressurizing the flow. Due to the absence of the recirculation region, the frequency increased by 30.8% compared to the fluid vibrator pair 'caseC', and increased by 11.6% compared to the single vibrator. Unlike the fluid vibrator pair 'caseC', the outflow to the chamber bridge is additionally generated, and the strength of the recirculation area created in the outer block is weakened, making it the only outward dipl The outward deflection was measured to be smaller than the inward deflection. The phase difference of the fluid vibrator pair 'caseC' was the smallest among the four types and was analyzed to be 2.9% of the period.

이상의 연구 결과로부터, 네 가지 유형의 유체진동기 페어의 상호작용 및 출구 유동의 위상 변화, 진동수 변화를 확인하였다. 그러나, 주입 유량, 형상인자에 따라 단일 유체진동기의 특성이 변화하는 것이 선행연구들에서 관찰되었으므로([19]-[22]) 본 발명에서 관찰한 유체진동기 페어의 해당 파라미터들(parameters)에 따른 특성의 변화가 예측 가능하다. 따라서 후속 연구로 주입 질유량, 브리지의 너비 및 길이 등 형상 인자의 영향에 따른 진동 주기 및 위상의 변화에 대한 분석이 필요할 것으로 판단된다.From the above study results, the interaction of the four types of fluid vibrator pairs and the phase change and frequency change of the outlet flow were confirmed. However, since it has been observed in previous studies that the characteristics of a single fluid vibrator change according to the injection flow rate and shape factor ([19]-[22]), according to the corresponding parameters of the fluid vibrator pair observed in the present invention, Changes in characteristics are predictable. Therefore, as a follow-up study, it is judged that it is necessary to analyze the change in vibration period and phase according to the influence of shape factors such as injection mass flow rate and bridge width and length.

이상 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 지금까지 설명한 내용들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 그 일부를 예시한 정도에 불과하며, 아래에 첨부된 청구범위에 나타날 수 있는 것을 제외하고는 상술한 내용에 의해 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명은 이와 동일한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 범위 내에서 발명의 기술적 사상과 요지를 벗어나지 않으면서 균등물의 많은 변화, 수정 및 대체가 이루어질 수 있음을 이해하여야 할 것이다. Although various embodiments of the present invention have been described above, the contents described so far are merely illustrative of some of the preferred embodiments of the present invention, and except as may appear in the claims appended below It is not limited by the above-mentioned content. Accordingly, the present invention understands that many changes, modifications and substitutions of equivalents can be made without departing from the spirit and spirit of the invention within the scope set forth in the claims below by those of ordinary skill in the art. will have to

Claims (5)

상부에 입구노즐과 하부에 출구노즐을 구비한 두 기 이상의 대응하는 유체진동기를 브리지로 연결하여 구성한 유체진동기 페어로서,
각각의 유체진동기 본체 내부에 경사진 내부 벽과 재순환영역 챔버를 포함하고, 본체 하부의 입구 포트로부터 본체 상부의 출구 포트로의 유체 유동을 위한 피드백 루프를 구비하는 유체진동기 페어.
A fluid vibrator pair configured by connecting two or more corresponding fluid vibrators with an inlet nozzle at the upper part and an outlet nozzle at the lower part by a bridge,
A fluid vibrator pair comprising within each fluid vibrator body a sloping interior wall and a recirculation zone chamber and having a feedback loop for fluid flow from an inlet port in the lower body to an outlet port in the upper body.
제 1항에 있어서,
유체진동기 페어의 제1 유형으로서, 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 입구 포트를 브리지로 연결하고, 상기 입구 포트를 통해 유입된 유동이 상기 브리지를 통해 상대 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 구성한 것을 특징으로 하는 유체진동기 페어.
The method of claim 1,
As a first type of fluid vibrator pair, the inlet ports of the inner feedback loops (LR, RL) among the feedback loops of both fluid vibrators are connected by a bridge, and the flow flowing in through the inlet ports is connected to the counterpart fluid vibrator through the bridge. Fluid vibrator pair, characterized in that it is configured to be shared and interact.
제 1항에 있어서,
유체진동기 페어의 제2 유형으로서, 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 출구 포트를 브리지로 연결하고, 상기 출구 포트를 통해 유출된 유동이 상기 브리지를 통해 상대 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 구성한 것을 특징으로 하는 유체진동기 페어.
The method of claim 1,
As a second type of fluid vibrator pair, the outlet ports of the inner feedback loops (LR, RL) among the feedback loops of both fluid vibrators are connected by a bridge, and the flow flowing out through the outlet ports is connected to the counterpart fluid vibrator through the bridge. Fluid vibrator pair, characterized in that it is configured to be shared and interact.
제 1항에 있어서,
유체진동기 페어의 제3 유형으로서, 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 입구 포트와 출구 포트를 각각 브리지로 연결하고, 상기 입구 포트를 통해 유입된 유동과 상기 출구 포트를 통해 유출된 유동이 브리지를 통해 상대 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 구성한 것을 특징으로 하는 유체진동기 페어.
The method of claim 1,
As the third type of fluid vibrator pair, the inlet port and outlet port of the inner feedback loops (LR, RL) among the feedback loops of both fluid vibrators are connected by a bridge, respectively, and the flow introduced through the inlet port and the outlet port Fluid vibrator pair, characterized in that the flow flowing out through the bridge is shared with the other fluid vibrator and configured to interact.
제 1항에 있어서,
유체진동기 페어의 제4 유형으로서, 양 유체진동기의 피드백 루프 중 안쪽 피드백 루프(LR,RL)의 입구 포트, 출구 포트, 및 재순환영역 챔버를 각각 브리지로 연결하고, 각각의 입구 포트, 출구 포트, 및 재순환영역 챔버들 간에 연결된 브리지를 통해 유동이 상대 유체진동기와 공유되어 상호 작용하도록 구성한 것을 특징으로 하는 유체진동기 페어.
The method of claim 1,
As a fourth type of fluid vibrator pair, an inlet port, an outlet port, and a recirculation chamber chamber of the inner feedback loops (LR, RL) among the feedback loops of both fluid vibrators are connected by a bridge, respectively, each inlet port, an outlet port, and a fluid vibrator pair configured such that the flow is shared and interacts with the other fluid vibrator through a bridge connected between the recirculation chamber chambers.
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