Shape of a multi-blades centrifugal fan is optimized by response surface method based on three-dimensional Navier-Stokes analysis. For numerical analysis, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with standard $k-{epsilon}$ turbulence model are transformed into non-orthogonal curvilinear coordinate system, and are discretized with finite volume approximations. Due to the large number of blades in this centrifugal fan, the flow inside of the fan is regarded as steady flow by introducing the impeller force models for economic calculations. Optimizations with and without constraints are carried out. Design variables, location of cur off, radius of cut off, expansion angle of scroll and width of impeller were selected to optimize the shapes of scroll and blades. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved. The correlation of efficiency with relative size of inactive zone at the exit of impeller is discussed as well as with average momentum fluxes in the scroll.
Numerical study is presented for the analysis of three-dimensional incompressible turbulent flows in multiblade centrifugal fan. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with standard k - $\epsilon$ turbulence model are transformed to non-orthogonal curvilinear coordinates, and are discretized with finite volume approximations. Linear Upwind Differencing Scheme(LUDS) is used to approximate the convection terms in the governing equations. SIMPLEC algorithm is used as a velocity-pressure correction procedure. The computational area is divided into three blocks; core, impeller and scroll, which are linked by multi-block method. The flow inside of the fan is regarded as steady flow, and mathematical formula established from the cascade theory and empirical coefficient are employed to simulate tile flow through the impeller. From comparisons between the computational results and the experimental data, the validity of the mathematical formula for the blade forces was examined and good results were obtained qualitatively. Hence, we can get the flow characteristics of multi-blade centrifugal fan and it will be a corner stone of the development of the multiblade centrifugal fan.
Aerodynamic analysis of a low-voltage electric motor has been performed with various inlet vent shapes. Effects of inlet vent shape on aerodynamic performance of a motor cooling fan have been investigated numerically using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. The k-${\varepsilon}$ turbulence model was used for the analysis of turbulence. The finite volume method and unstructured tetrahedral grids were used in the numerical analysis. Optimal grid system in the computational domain was selected through a grid-dependency test. From the results of the flow analysis, considerable energy loss by flow separation was observed in the flow passage. It was found that mass flow rate through the cooling fan in the low-voltage motor can be increased by modifying the inlet vent shape. And, some inlet vent shapes were suggested to improve the aerodynamic performance of the motor cooling fan.
In this paper, the response surface method using three-dimensional Navier-Stokes analysis to optimize the shape of a forward-curved blades centrifugal fan, is described. For numerical analysis, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with standard k-e turbulence model are transformed into non-orthogonal curvilinear coordinate system, and are discretized with finite volume approximations. Due to the large number of blades in forward-curved blades centrifugal fan, the flow inside of the fan is regarded as steady flow by introducing the impeller force models for economic calculations. Linear Upwind Differencing Scheme(LUDS) is used to approximate the convection terms in the governing equations. SIMPLEC algorithm is used as a velocity-pressure correction procedure. Design variables, location of cur off, radius of cut off, expansion angle of scroll and width of impeller were selected to optimize the shapes of scroll and blades. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved. It was found that the optimization process provides reliable design of this kind of fans with reasonable computing time
The Reynolds equation, incorporating Elrods cavitation algorithm, is discretized on a rectangular grid in computational space through coordinate mapping in order to accurately analyze a herringbone grooved journal bearing of a spindle motor in a computer hard disk drive. The pressure distribution and cavitation area are determined by using the finite volume method. Predicted results are compared to experimental data of previous researchers. It was found that positive pressure is developed within the converging section of the bearing and that a cavity occurs in the diverging section. Cavitation has been neglected in the previous analysis of the herringbone grooved bearing. Load capacity and bearing torque are increased due to the increased of eccentricity and L/D and the decrease of the grooved width ratio. The maximum load capacity was found to occur at a groove angle of 30 degrees while bearing torque remains constant due to the variation of the groove angle. The cavitation region is significantly decreased with the inclusion of herringbone grooves. However, the region increases with the increase of the eccentricity, L/D, groove angle and the rotational speed and the decrease of the grooved width ratio.
본 연구는 냉각효과를 높이기 위해 냉각채널 형상에 대한 변수를 다루고 있다. 냉각효과가 증가하면 제조현장에 있는 공장에 의해 발생되는 배출가스량은 감소하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 효율적인 냉각시스템에 대한 설계가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 냉각채널을 냉각성능을 향상시키기 위해 수치분석을 수행하였다. 배플과 핀의 길이에 영향을 받는 열전달률은 수치해석에 의해 계산이 된다. 3차원 레이놀즈 평균 나비아스토크 방정식이 유동과 냉각채녈의 열전달을 계산하는데 사용되며 난류영역은 $k-{\varepsilon}$ 모델이 사용되었다.
최근 회전계의 고속화, 소형화 및 정숙운전에 대한 요구가 엄격해짐에 따라 볼베어링을 저어널베어링으로 대체하는 흐름이 증가하고 있으나, 저어널베어링의 기본 구조상 운전시 여러 종류의 진동모드가 발생되며 이에 따라 엄밀한 설계가 요구된다. 이러한 요구에 따라 본 연구에서는 불안정성을 억제할 수 있는 것으로 알려진 빗살무늬 저어널베어링을 대상으로 하여 보다 정확한 설계를 위한 수치해석 프로그램을 개발하였다. 빗살무늬저어널베어링의 해석법으로는 간극의 비선형성을 단순화 시키기 위하여 무한홈을 가정한 협곡이론을 시초로 하여 최근에는 컴류터 계산속도의 발달로 실제 형상에 대해 해석한 직접계산법 등이 알려져 있다. 직접계산법은 협곡이론에 의한 계산법에 비해 많은 시간이 걸리는 단점이 있으나, 베어링이 소형화되어 실제 많은 홈을 가공하기 힘들거나 홈이 원호형으로서 직각홈으로 가정하기가 곤란한 요소에서는 협곡이론을 적용하는데 무리가 있을 것으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 직접계산법을 채택하여 소형 베어링 모델에 대한 부하특성을 수치해석하고, 이를 협곡이론과의 비교를 통하여 그 차이점을 검토하였다. 이를 위해 압축성을 고려한 레이놀즈 방정식에 대한 베어링 주위의 압력분포를 계산하는 프로그램을 제작하였으며, 주어진 설계조건하에서 빗살무늬 형상을 결정하는 피라미터들의 최적값을 산출하고, 아울러 플레인저어널베어링과의 비교를 통하여 설계조건에 따른 빗살무늬저어널베어링의 기존 불베어리의 대체 가능성을 평가하였다.
The influence of round embossed surface on slider bearing characteristics and its load carrying capacity is discussed for thin film effect of embossed slider bearing. For the numerical computation of lubrication parameters such as pressure, load capacity and shear stress that are normalized and a Reynolds equation is used for the analysis of embossed slider bearing characteristics. For this purpose, the finite difference method of central difference scheme is used in this study. In a slider bearing with embossed form, several simulation parameters such as pressure, load capacity and shear stress of the bearing can be obtained according to independent parameters such as the slope of the slider bearing and number of embossing in the upper slider. Also this results can be summarized and be stored in sequential data file for latter analysis. After all, their distribution of the pressure and shear stress parameters can be displayed and be analyzed easily by using the developed program with matlab GUI technique. The independent parameters such as a number of embossing and a slope of the embossed surface slider are used for discussing simulation parameters of pressure distribution, shear stress and load carrying capacity of the round embossing. These study results reported in this paper should be applied to the other shaped slider bearing with a rectangular embossed surface or rectangular waved surface.
A numerical study has been performed to evaluate thermal-hydraulic performance of a finger type cooling module with multiple-jet impingement in a divertor of nuclear fusion reactor. To analyze conjugate heat transfer in both solid and fluid domains, numerical analysis of the flow using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations has been performed with shear stress transport turbulence model. The computational domain for the cooling module consisted of a single fluid domain and three solid domains; tile, thimble, and cartridge. The numerical results for the temperature variation on the tile were validated in comparison with experimental data under the same conditions. A parametric study was performed with four geometric parameters, i.e., angles between x-axis and centerlines of hole 1, 2, 3 and 4. The results indicate that the heat transfer rate was increased by 2.7% and 0.7% by the angle ${\theta}_1$ and angle ${\theta}_2$, respectively, and that the pressure drop was decreased by up to 1.8% by the angle ${\theta}_3$.
In this paper, separated flow characteristics is studied using the RANS(Reynold-averaged Navier-Stokes) modeling. The analysis is performed for the NASA's hump configuration which is the combination of a flat plate and a hump. This configuration was used in NASA's flow control workshop and it was one of validation cases for RANS and LES simulations. The separation occurs at the 65% of model length where a slot is positioned for the flow control. No flow control case and steady suction case are studied using RANS modeling. The Spalart-Allmaras model and the SST(Shear Stress Transport) model are applied and their accuracy are compared. To correlate CFD analysis with experimental data, the optimal boundary condition was investigated and the effect of a cavity around the slot is studied for the no flow case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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