This technical note describes the calculation method of continuous constant linear velocity Archimedean spiral paths which are applied to the pin-on-disk abrasion test. Approximate constant linear velocity Archimedean spirals have unstable velocities in the very near region of the rotational origin. Thus, in this technical note, the offset distance from the rotational origin was given by using a hollow type rock sample to maintain the constant velocity during the test. Also, to connect the inward and outward spirals continuously, the information of start and end points were input on the next spiral path consecutively. Furthermore, the calculation program was developed to provide convenience for calculating constant linear velocity spirals according to the specimen dimension and abrasion test conditions.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2022.05a
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pp.122-122
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2022
기후변화 대응 및 탄소 저감 노력의 일환으로 신재생에너지의 개발 및 활용이 전 세계적으로 활발하며, 우리나라에서도 2050년 탄소중립 달성을 위하여 친환경 에너지 시스템 구축에 많은 노력을 기울이고 있다. 전통적인 재생에너지인 수력은 발전의 효율성, 안정성과 발전 제어의 용이함 때문에 널리 사용되고 있으나, 경제성을 확보하기 위한 댐, 보의 설치 및 대규모 발전설비가 필요하여, 생태계, 환경 파괴 등의 문제점 등을 수반하여, 최근 들어 대규모 사업이 이루어지지 못하고 있다. 이러한 흐름에 따라 최근에는 유럽을 중심으로 친환경 소수력 발전으로 회전 나선형 아르키메데스 수차를 활용한 소수력 발전의 적용이 이루어지고 있으며, 특히 2000년대 이후 독일을 중심으로 활발히 개발되고 있다. 또한 휴대용 초소수력 발전은 새로운 산업분야로 민간용 초소수력 발전기의 개발 및 판매가 국내외에서 증가하고 있으며, 우리나라에서도 자연 하천 환경에 활용 가능한 초소수력 발전의 필요성이 꾸준히 제기되고 있다. 본 연구에서는 저유량 및 저낙차에 적용 가능한 '초소형 회전 나선형 아르키메데스 수차', 초소형 발전에 적합한 '발전기 및 발전시스템', 자연환경을 훼손하지 않는 친환경 '유도수로'로 구성되어, 원하는 하천이나 수로 등에 손쉽게 설치 가능한 초소형 소수력 발전시스템을 개발하였다. 회전 나선형 아르키메데스 수차는 3D프린터로 제작한 후, 강화 코팅제를 도포하여 내구성을 확보하였다. 상용 AC발전기, 소형 발전기용 '발전기 및 발전시스템'을 적용하고, 콘트롤 보드를 맞춤형으로 제작하여 경제성을 확보하였다. 이러한 발전 시스템은 개발 테스트 중에 있으며 향후 방류수로, 하수구 등 현장 적용을 준비 중에 있다.
Pin-on-disk test is a suggested abrasion testing method by ASTM (American Society for Testing and Materials). This briefly illustrated the Archimedean spiral motion of a pin type specimen on a disk. To apply this method to rock cutting tools, a constant linear velocity (CLV) is precisely maintained during the test. We defined the two velocity vectors (RPM and horizontal speed) which connected to the resultatnt velocity. We derived a differential equations for the two parameters under CLV condition. It was difficult to find a exact solution. Previous literatures had been reviewed, and an approximate solution was investigated. We mathematically simulated the result for a certain parameter, and examine the accuracy of the solution.
Li, Qiang;Kim, Hyun Dong;Ji, Ho Seong;Kim, Kyung Chun
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.11
no.1
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pp.28-33
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2013
This paper describes aerodynamic characteristics of an Archimedes spiral wind turbine with various angles of attack. The range of angles was controlled from $-30^{\circ}$ (clockwise) to $+30^{\circ}$ (clockwise). The rotating speed of wind turbine at the same angle of attack in both directions was different. The reason why the-maximum rotational speed was observed at $15^{\circ}$ in clockwise direction can be explained based on angular momentum conservation. Quantitative flow visualization around Archimedes wind turbine blade was carried out between $-15^{\circ}$ (clockwise) and $+15^{\circ}$ (counter clockwise) using high resolution PIV method. The relationship between drag force and rotating speeds was discussed. From these results, optimum design on yawing system of Archimedes spiral wind turbine may provide high efficiency on small wind power system.
The effects of casing shapes on the interaction of the impeller and volute in a small-size turbo-compressor are investigated. Numerical analysis is conducted for the compressor with circular and single volute casings from inlet to discharge nozzle. In order to predict the flow pattern inside the entire impeller, vaneless diffuser, and casing, calculations with a multiple frame of reference method between the rotating and stationery parts of the domain are carried out. For incompressible turbulent flow fields, the continuity and three-dimensional time-averaged Navier-Stokes equations are employed. To predict the performance of two types of casings, the static pressure and loss coefficients are obtained with various flow rates. Also, static pressure distributions around casings are studied for different casing shapes, which are very important to predict the distribution of radial load.
The flow fields in the volute casing of a small-size turbo-compressor at different flowrate (design point ${\pm}20%$) are studied by numerical analysis. The governing equations for three-dimensional steady viscous flow are solved using SIMPLE algorithm with commercial code of STAR-CD. Numerical results show that the three-dimensional flow pattern inside the volute casing of a small-size turbo-compressor is strongly influenced by secondary flows that are typically created by the curvature or the casing passages. The flow pattern in the casing also affects the performance of the turbo-compressor. In order to elucidate the loss mechanism through the volute, we prepared the secondary flow, velocity magnitude, and static pressure distribution at the four cross-sectional planes of the casing.
One of noticeable features in the cross flow fan is that a working fluid passes through impeller blade twice without distinction between the inlet and exit angles. Also, it does produce higher circumferential velocity than other types of blade at the same flow rate in accordance with the application of the forward curved shape. However, a design theory for the cross-flow fan has not yet been formed owing to an eccentric vortex, which is the remarkable characteristics, occurred in a cross-flow fan. Furthermore, the eccentric vortex, which is difficult to control of the size and position, is the important cause of performance decrease. In this study, experiments are carried out to estimate the similarity of the cross-flow fan with various scales and rotational velocity changes. Pressure coefficients to flow coefficients with various scales of the cross-flow fan are plotted to research the application of the general similarity law of the turbomachinery in the cross-flow fan with Archimedes spital, which is the important factor haying an effect on it.
Kim, Hyung-Sub;Kim, Dong-Won;Yoon, Tae-Seok;Park, Sung-Kwan;Kim, Yun-Je
Proceedings of the KSME Conference
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2004.04a
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pp.1981-1986
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2004
A cross-flow fan relatively makes high dynamic pressure at low speed because a working fluid passes through an impeller blade twice and blades have a forward curved shape. Therefore, the performance of a cross-flow fan is influenced 25% by the impeller, 60% by the rearguider and the stabilizer, 15% by the heat exchanger. At the low flow rate, there exists a rapid pressure head reduction, a noise increase and an unsteady flow against a stabilizer and a rearguider. Moreover, it is difficult to analyze the reciprocal relations of the cross-flow fan because each parameter is independent. Numerical analyses are conducted with different starting angles of the rearguider. Two-dimensional, unsteady governing equations are solved, using FVM, PISO algorithm, sliding grid system and ${\kappa}-{\varepsilon}$ standard turbulence model.
Kim, H.S.;Kim, D.W.;Yoon, T.S.;Park, S.K.;Kim, Youn-J.
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2003.12a
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pp.391-396
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2003
A cross-flow fan relatively produces higher dynamic pressure at low speed because a working fluid passes through an impeller blade twice and blades have a forward curved shape. The performance of a cross-flow fan is influenced 25% by the impeller, 60% by the rearguider and the stabilizer, and 15% by the heat exchanger. At the low flow rate, there exist a rapid pressure head reduction, a noise increase and an unsteady flow against a stabilizer and a rearguider. The purpose of this study is to investigate the reciprocal relation among each parameter Experiments are conducted to study the effects of a rearguider and a diameter ratio of impeller on the performance analysis of a cross-flow fan. Comparing with the rearguider of radial type, the Archimedes type shows excellent results for various diameter ratios.
One of noticeable features in the cross flow fan is that a working fluid passes through impeller blade twice without distinction between the inlet and exit angles. Also, it does produce higher circumferential velocity than other types of blade at the same flow rate in accordance with the application of the forward curved shape. However, a design theory for the cross-flow fall has not yet been formed owing to an eccentric vortex, which is the remarkable characteristics, occurred in a cross-flow fan. Furthermore, the eccentric vortex, which is difficult to control the size and position, is the important cause of performance decrease. In this study, experiments we carried out to estimate the similarity of the cross-flow fan with various scales and rotational velocity changes. Pressure coefficients to flow coefficients with various scales of the cross-flow fan are plotted to the application of the general similarity law of the turbomachinery in the cross-flow fan with Archimedes spiral, which is the important factor having an effect on it.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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