Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.9
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pp.903-913
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2011
A numerical study is carried out to analyze the steady three-dimensional turbulent flow through cylindrical and fan-shaped holes and the film cooling of these holes at low and high blowing ratios. Compressible Reynoldsaveraged Navier-Stokes equations and the energy equation are solved using a finite-volume-based solver, and a shearstress transport model is used as the turbulence closure. The effects of the compound angle, pitch to diameter ratio, and lateral expansion angle of the hole on the film-cooling effectiveness are evaluated by the film-cooling effectiveness. It is observed that the compound angle of the hole enhances the film performance for the cylindrical hole, and a small hole pitch induces interactions between the coolants from the adjacent holes, thus reducing the film-cooling performance.
Kim, TaeWoo;Kim, JeongJu;Park, Hee Seung;Ju, Won-Gu;Im, Ju Hyun;Cho, Hyung Hee
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.24
no.1
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pp.47-57
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2020
The present study investigates to improve the film cooling performance on the vane endwall. Numerical simulation was conducted to analyze film cooling characteristics on the vane endwall. Six different hole arrangements were designed considering flow characteristics on the endwall. The results showed that the film cooling effectiveness was low on the pressure side and nozzle throat in the base case, because coolant was deflected from the pressure side to the suction side. On the other hand, when the holes were installed near the pressure side, the film cooling effectiveness was enhanced on the pressure side and nozzle throat, because the coolant was less affected by cross flow. Therefore, the film cooling effectiveness increases about 16% compared to the base hole arrangement.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1998.04a
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pp.7-7
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1998
가스터빈 엔진의 효율 및 성능은 터빈입구온도에 크게 좌우되므로, 높은 열효율을 얻기 위하여 최근 가스터빈 엔진은 높은 입구온도(대략 1400-150$0^{\circ}C$)에서 작동되도록 설계되고 있다. 이는 요소재질의 열한계점을 훨씬 상회하며, 이와 같은 입구온도의 고온화 경향은 터빈요소에 대한 열부하를 증가시키고 있다. 따라서 극한의 작동조건하에서의 허용수명 및 안정성의 유지를 위해서 내부대류냉각, 충돌세트냉각과 더불어 막냉각기법이 많이 응용되고 있다. 막냉각기법은 연소기 벽면 혹은 터빈블레이드 표면의 작은 구멍들을 통해서 압축기의 공기를 분사하여 표면에 고온의 유체와 일종의 단열벽을 형성하여 표면을 보호하는 냉각방법이다. 지금까지는 주로 단면적이 일정한 막냉각홀에 대한 연구가 주가 되어왔으나, 이러한 막냉각홀을 이용하는 경우 많은 문제점이 발생한다.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1999.04a
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pp.7-7
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1999
충돌/유출냉각은 연소실 벽면 등과 같이 열부하가 많이 걸리는 영역에서 고온의 연소가스로부터 표면을 보호하는 막냉각과 더불어 내부에 다공성 판을 설치하여 충돌제트에 의해 내부표면을 냉각시켜 가스터빈엔진의 고온요소의 냉각성능을 극대화시키는 방법 중의 하나이다. 이와 같은 냉각방법을 적용하면 벽면을 충돌제트에 의한 냉각과 함께 냉각유채를 막냉각에 활용함으로써 냉각효율을 극대화할 수 있다. 본 연구에서는 국소적인 값들을 획득하기 용이한 물질전달실험방법의 하나인 나프탈렌 승화법을 이용하여 수직으로 분사되는 충돌제트에 의한 유출판 내면에서의 열/물질전달특성을 분사판(injection plate)과 유출판(effusion plate) 사이의 높이, 분사제트의 속도, 분사홀간의 배열을 변화시켜가며 유출판만이 있는 경우와 비교, 분석하였다. 분사홀과 유출홀의 관 사이의 간격은 0.33d에서 10d까지 변화시켜가며 그 효과를 관찰하였으며, 홀배열 효과를 보기 위하여 2가지 홀배열(staggered array, shifted array)에 대하여 실험하였다. 또한 분사제트의 속도효과를 고찰하기 위하여 분사제트의 Rc$_{d}$=5,000-12,000까지 변화시켜가며 실험을 수행하였다.
Park, Seoung-Duck;Lee, Ki-Seon;Kim, Hark-Bong;Kwak, Jae-Su;Kim, Jae-Hwan
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.12
no.5
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pp.67-72
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2008
The film cooling effectiveness on a flat plate measured by pressure sensitive paint technique. Six film cooling hole were fabricated on a flat plate with 30 degree angle with respect to the surface and three blowing ratios of 0.5, 1, and 2 were tested. Results showed that PSP technique successfully evaluated the distribution of film cooling effectiveness and showed similar results with references. The film cooling effectiveness near the film cooling holes was higher for lower blowing ratio case. As the blowing ratio was increased, the film cooling effectiveness near the film cooling hole decreased due to the lift off of the coolant. At far downstream, the film cooling effectiveness for higher blowing ratio was higher due to the coolant reattachment.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.25
no.4
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pp.71-77
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2021
Several cooling techinques have been studied for protecting gas turbine blades from hot gas. In terms of film-cooling techniques, various shapes of film cooling holes have been studied including fan shaped holes, which are used on gas turbine blades. However, owing to increasing demands on smaller gas turbines, a research on film-cooling holes on thin walls is required. This study was conducted at blowing ratios of 1 and 2, using numerical analysis. Through the numerical analysis, the effect of geometrical parameters on the effectiveness of fan-shaped hole film cooling was studied. Moreover, optimization was performed on three geometrical parameters: metering length, lateral expansion angle and forward expansion angle. As a result, we realized that the optimal fan-shaped holes on each blowing ratio were found to have very similar geometry and cooling performance.
Kim Young Bong;Rhee Dong Ho;Cho Hyung Hee;Hahm Hee-Cheol;Bae Ju Chan;Oh Min Geun
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.10a
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pp.132-136
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2004
Experimental study has been conducted to investigate effect of mainstream turbulence intensity on film cooling performance of staggered rows of rectangular holes in combustor. Temperature fields and adiabatic film cooling effectiveness under $10\%$ mainstream turbulence intensity are measured. The results of temperature fields show that overall values are decreased and thicker film of coolant is formed downstream of rows of holes for high mainstream turbulence intensity. The results of film cooling effectiveness show that the values around the holes are smaller than the case of the low mainstream turbulence intensity, however, the difference of film cooing performance is decreasedforthefurtherdownstream.
In the present work, a parametric study on double-jet film-cooling has been carried out to enhance the film-cooling effectiveness using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis. The shear stress transport turbulence model is used as the turbulence closure. The lateral ejection angles and the lateral and streamwise distance between the centers of the cooling holes are chosen as the geometric parameters. The spatially averaged film-cooling effectiveness averaged over an area of 8 hole diameters in width and 30 hole diameters in streamwise length is used to evaluate the performance of film-cooling. The parameter of the lateral distance has the largest impact on the film cooling effectiveness compared to the others. On the other hand, the parameter of streamwise distance gives the least influence on the film cooling effectiveness.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.2
no.2
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pp.56-63
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1998
The present study investigated local heat transfer characteristics around a film cooling hole with variations of free stream turbulence intensity The film cooling jet is injected through a single hole inclined at $30^{\cire}$ to the surface and laterally at $45^{\cire}$ for the blowing rates of 0.5, 1.0 and 2.0. Turbulence generating grids are used at upstream of the film cooling hole to change the turbulence intensity of free stream. Free stream turbulence intensity without grids is 0.5%. Two different turbulence generating grid is installed at different at locations upstream of the film cooling hole so that turbulence intensity of free stream varies from 3% to 10%. The naphthalene sublimation technique has been employed to determine local heat/ mass transfer coefficients. With low free stream turbulence intensity, heat/mass transfer augmented area by coolant or free stream is distinguished evidently. However, when free stream turbulence intensity is high, heat transfer is enhanced in all region and heat transfer enhanced regions are not clearly divided due to vigorous mixing of coolant and free stream. The peak values of heat/mass coefficients are decreased and the distributions of heat/mass transfer coefficients are more uniform with high turbulence intensity. The effect of turbulence intensity on heat transfer characteristics is more evident as blowing rate is higher.
Park, Seoung-Duck;Lee, Ki-Seon;Cho, Young-Shin;Kim, Hark-Bong;Kwak, Jae-Su;Kim, Jae-Hwan
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2007.11a
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pp.329-334
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2007
Various cooling techniques have been applied to the gas turbine blade in order to reduce heat load to the blade. On the blade surface, film cooling method is used and the accurate information of film cooling effectiveness should be evaluated in order to predict the exact temperature distribution in the blade. In this study, pressure sensitive paint (PSP) was used to measure the film cooling effectiveness on a flat plate. Results showed that PSP technique successfully evaluated the distribution of film cooling effectiveness. Three blowing ratios of 0.5, 1, and 2 were tested and the film cooling effectiveness near holes decreased as the blowing ratio increased, however, increased far downstream from the holes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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