In the present study, the performance characteristics of a centrifugal air compressor were investigated experimentally. The PC controlled performance test facility for a centrifugal air compressor driven by an electric motor with a gear box to achieve higher compressor rotating speed was set up in the present study. The performance test for a turbocharger compressor of a diesel engine was conducted, and in a case of 34,800 rpm, pressure ratio 1.18, flow rate 0.09kg/s, compressor efficiency 61% were investigated. Adiabatic power for a tested compressor showed maximum value at mass flow ratio 0.8. The value of mass flow ratio of maximum efficiency was about 0.37, it was independent of compressor rotating speed.
Three dimensional turbulent flow in the scroll volute of centrifugal compressor has been numerically investigated in this paper by solving the Navier-Stokes equations and $\kappa-\varepsilon$ equation model. The computational grid for the flow field of the scroll volute has been constructed based on the multi-block grid concept, which is good to avoid the central grid singularity as well as to promote grid stretching toward the volute wall. Numerical result has been obtained for both the two- and three- dimensions. For the latter flow, result of the scroll volute flow is compared with that of the straight conical volute. This comparison has sorted out the characteristic features of the three-dimensional scroll-type volute flow of centrifugal compressor.
원심압축기 운전 중에 발생하는 고주기 피로균열이나 공진 등은 임펠러 파손의 주된 원인이다. 이러한 파손을 회피하기 위해 공진영역 운전에서도 견딜 수 있는 충분한 강도의 임펠러를 설계하거나, 공진이 발생하지 않도록 임펠러를 튜닝 한다. 이러한 회피설계는 임펠러 내부유동 및 성능특성 변화를 야기하게 된다. 본 연구에서는 밀폐형 임펠러에 대해 블레이드 두께를 증가시킨 모델과 스켈럽을 적용한 모델에 대한 유동 및 성능특성을 파악하기 위해 전산해석을 수행하였다. 전산해석 결과, 블레이드 두께 증가 모델 경우는 기본모델 대비 압력계수가 0.5% 감소하였으며, 전효율은 0.1% 감소하였다. 스켈럽 적용모델은 압력계수가 0.4% 증가하였으며, 전효율은 1.6% 감소하였다.
항공기용 엔진에는 압축기단들 사이에 스트럿을 포함하는 S자형 환형덕트가 존재하기도 한다. 이러한 엔진에서 S자형 덕트를 통과하는 유동은 볼록면과 오목면을 따라 가면서 가속과 감속이 이루어지고, 벽면에서의 경계층 성장으로 인해 유로폐쇄량이 증가한다. 이처럼 S자형 덕트의 영향으로 후방에 존재하는 압축기는 불균일한 축방향 속도분포에 따른 영향을 받게 된다. 따라서, 후방 압축기는 전방에 위치한 S자형 덕트의 영향을 충분히 고려하여 설계하여야 한다. S자형 덕트가 미치는 영향을 고려하여 설계된 원심압축기의 성능을 검증하고, S자형 덕트가 원심압축기 성능에 미치는 영향을 파악해보기 위해 압축기 입구에 S자형 환형덕트를 장착한 경우와 원통형 덕트를 장착한 경우에 대해 각각 성능시험을 수행하였다. 시험결과를 통해 입구에 S자형 덕트가 있는 경우에는 없는 경우보다 압축비 및 효율 등 압축기 성능이 저하되고, 쵸킹유량이 감소함을 알 수 있었다. 이러한 성능저하의 원인을 분석하기 위해 S자형 덕트를 포함하는 임펠러의 유동해석을 수행하였으며, 그 결과 성능저하의 원인은, S자형 덕트와 임펠러의 상호작용으로 설계시 예측했던 것보다 인듀서팁에서 상대마하수가 증가하였고, 영각이 감소하였기 때문임을 확인할 수 있었다.
Some sized centrifugal compressor were designed and their performance measured to investigate the effects of exit blade thickness, width and back swept angle. The impeller of larger blade thickness shows low pressure ratio compared with that of smaller one. Backswept angle have also large effect on the efficiency. Measured values of slip factor are quite different from the estimated values of Wiesner-Busemann model and increase with the flow rate.
Some sized centrifugal compressors were designed and their performance measured to investigate the effects of exit blade thickness, width and back swept angle. The impeller of larger blade thickness shows low pressure ratio compared with that of smaller ones. Backswept angle also have a large effect on the efficiency. Measured values of slip factor are quite different from the estimated values of the Wiesner-Busemann model and an increase in the flow late.
2-dimensional impeller's distinctive feature is expected to have an influence on performance and flow characteristics of centrifugal compressor. And new design method is required for 2-dimensional impeller, because the unique geometry cannot be designed using conventional theories. The objective of this study is to advance new design technology for 2-dimensional impeller and to investigate the performance characteristics of designed 2-dimensional centrifugal compressor. The performance test for 2-dimensional impeller is conducted at 35000, 40000 and 45000rpm. Also numerical calculation is applied by using commercial CFD code, FLUENT, and the results are compared with experimental results.
In this study, a parametric study on a cavity as casing treatment of a centrifugal compressor has been conducted using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with shear stress transport turbulence model. Two kinds of cavity were applied at choke and surge conditions, respectively, in this work. Inlet and outlet port widths, angle of outlet port, and length of cavity were chosen as the geometric parameters and investigated to find their effects on the aerodynamic performances such as adiabatic efficiency at design mass flow rate and stall margin of the centrifugal compressor. It was found that the aerodynamic performances of the centrifugal compressor were affected considerably by the four geometric parameters. The adiabatic efficiency was hardly changed by the geometric parameters, excepts for the angle of outlet port. With an increase in the angle of outlet port, the adiabatic efficiency and the stall margin decreased. The stall margin was more sensitive to the outlet port width than to the other geometric parameters. And, with a decrease in the outlet port width, the stall margin increased by 2% compared to that of the reference.
The flow characteristics of the vaned diffuser were complicated with geometric shapes. We have studied the effects of various vaned diffuser configurations, such as divergence angles and rectangular and conical cross-section shapes. Numerical analyses are carried out for the diffuser and casing. The pressure recovery coefficient was calculated to estimate the performance of the diffuser, and then compared with the measure data. Results show that the shapes and the divergence angles of the diffuser strongly influence on the performance of the small-size turbo-compressor.
바이패스 덕트 손실을 고려한 비행 중의 복축 혼합형 터보팬 엔진의 윈드밀 성능을 예측하기 위해, 본 연구에서는 원심 및 축류 압축기, 축류 터빈의 윈드밀 작동 과정과 물리적 현상을 규명하고 바이패스 덕트를 통과한 공기와의 혼합 현상을 해석하였다. 윈드밀 성능 예측의 결과는 유차원 해석을 통해 비교 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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