Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권3호
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pp.353-361
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2002
The tip leakage flow passing through the clearance between rotor blade tip and casing shroud has been known to occupy an important portion of the rotor overall loss. In this study, flow characteristics in axial flow rotors with different tip clearances is investigated by experimental and numerical methods. The experimental study was carried out to measure static pressure and velocity profiles at the real rotating test rig. The axial flow rotors used for the experiments have ten blades and three different rotor diameter. The tip clearance heights are 1mm, 3mm, and 4.5mm. Measurements were done using spherical type five-hole probe by non-nulling method. The numerical study was carried out to calculate pressure distributions and velocity vectors at the same condition as the experiments in the flow fields of axial flow rotors using Phoenics code.
Compared to axial compressors, an analytical model capable of analyzing the flow in centrifugal compressor lacks because of the difficulty in governing equations for radial duct. Therefore, this paper presents a new model to predict flow field in a centrifugal compressor with a sinusoidal asymmetric tip clearance. To predict the 2 dimensional flow in the inlet and exit of the centrifugal compressor, the two flow fields are connected with compressor characteristic based on Moore-Greitzer model. Contrary to axial compressors, the nonuniformity of impeller exit pressure in centrifugal compressor decreases as flow coefficient decreases. In addition, that is sensitive to the slope of pressure rise by eccentricity. The maximum velocity exists right before the maximum tip clearance.
본 연구에서는 팁 형상이 가스터빈 블레이드의 팁 열전달에 미치는 영향을 알아보기 위하여 선형 캐스케이드의 블레이드에 설치된 평면 팁, 스퀼러 팁, Groove 팁들에 대하여 열전달 계수가 측정되었다. 블레이드 팁에서의 열전달 계수는 색상검출방식에 기반을 둔 천이액정법을 이용하여 측정되었으며 각각의 팁 형상에 대하여 팁 간극은 블레이드 스팬의 1.5%와 2.3% 두 조건에서 실험을 수행하였다. 캐스케이드 출구 속도와 블레이드 코드길이에 기초를 둔 Reynolds 수는 $2.48{\times}10^5$ 이다. Groove 팁 표면에서의 열전달 계수는 평면 팁보다 낮게 측정되었으며, 특히 흡입면을 따라 경사진 홈이 파인 팁에서는 스퀼러 팁보다 낮은 열전달 계수가 측정되었다.
본 연구에서는 팁 형상이 가스터빈 블레이드의 팁 열전달에 미치는 영향을 알아보기 위하여 선형 캐스케이드의 블레이드에 설치된 평면 팁, 스퀼러 팁, Groove 팁들에 대하여 열전달 계수가 측정되었다. 블레이드 팁에서의 열전달 계수는 색상검출방식에 기반을 둔 천이액정법을 이용하여 측정되었으며 각각의 팁 형상에 대하여 팁 간극은 블레이드 스팬의 1.5%와 2.3%로 변경 하에 실험을 수행하였다. 캐스케이드 출구 속도와 블레이드 코드길이에 기초를 둔 Reynolds 수는 $2.48{\times}10^5$ 이다. Groove 팁 표면에서의 열전달 계수는 평면 팁보다 낮게 측정되었으며, 특히 흡입면을 따라 경사진 홈이 파인 팁에서는 스퀼러 팁보다 낮은 열전달 계수가 측정되었다.
The effects of finite gap at the tip of turbomachinery blades have long been topics of both theoretical and experimental research because tip clearance degrades turbomachinery performance. This paper presents an analytical study of radial flow redistribution in a high speed compressor stage with axisymmetric tip clearance. The flow is assumed to be inviscid and compressible. The stage is modeled as an actuator disc and the analysis is carried out in the meridional plane. Upon going through the stage, the radially uniform upstream flow splits into the tip clearance and passage flows. The tip clearance flow is modeled as a jet driven by blade loading, or pressure difference between the pressure and suction sides. The model takes into consideration the detached shocks which occur in the rotor passage at the design point. This shock model is used to calculate the density ratio across the stage. Thus, the model is capable of predicting the kinematic effects of tip clearance in the high speed compressor flow field.
In this paper, the design of Centrifugal Compressor which is used in sizes 50 horse power has 8 pressure ratio and numerical analysis of the flow within compressor varying tip clearance length are performed. To get high pressure ratio with low power the exit height of impellers is low but compressor has very high speed of revolution. So compressor has high specific speed although mass flow rate is very small. The shape of impellers at the first stage is carried out. Flow and performance characteristics of impellers has been analyzed by using a commercial CFD program, $Fine^{TM}$/turbo. The result shows that loss coefficient is affected by tip clearance length and compressor has proper tip clearance length. It is possible to decrease loss by selecting apt tip clearance length.
Near-filed optical storage using cantilever aperture tip is a promising way fer next generation optical data storage. To enhance the speed of reading and writing data, gap between tip and media should be controlled fast and precisely within near field region. In this paper, several PZT actuators are analyzed far constructing dual servo control algorithm: coarse actuators(stact. PZT, bimorph PZI) for media surface inclination and One actuator(film PZT) for media surface roughness. Dynamic analysis of stack PZT, bimorph PZT, and film PZT are performed through the frequency response. Based on the frequency response and mathematical model, fast analog controller is designed.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권5호
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pp.735-745
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2004
A linear cascade of NACA 65-1810 profiles are investigated for tip leakage flow characteristics. and calculation results are compared with experimental result. STAR-CD commercial code was used to solve the three dimensional incompressible Navier-Stokes equation that was adopted for steady flow and high Reynolds $\kappa$- $\varepsilon$turbulent model. Numerical calculation of a linear cascade is carried out to investigate effect of tip clearance on pitchwise variations of velocity Profiles. and static pressure distributions on the blade surface at spanwise positions. In case of evolution of tip vortex core location. tip vortex geometry and static pressure at the center of the tip vortex core compared with experimental results. Calculation results are agreed well with the experimental data, and validated. The static pressure losses by tip leakage flow at 2% tip clearance were more than those at 1% tip clearance.
The experimental study on the effect of axial clearance between the tip of impeller blades and stationary shroud has been performed. The investigated compressor, which is a part of a small auxiliary power unit engine, consists of a curved inlet, a centrifugal impeller, a channel diffuser and a plenum chamber. It was designed for a total pressure ratio of 4.3 and an efficiency of $77\%$ at design speed of 60,000 rpm. The experiments are carried out in an open-loop centrifugal compressor test rig driven by a turbine. For the four different clearance ratios Cr(clearance/impeller tip width) of 6.25, 10.93, 15.60 and 20.30 percent, the overall performance data are obtained at $97\%,\;90\%$ and $80\%$ of the design speed. The results show the overall pressure ratio decrease of $7.7\%$ and the efficiency loss of $8.7\%$ across the variation of clearance ratio near the design speed. It also indicates that the influence of tip clearance became weaker as the flow rate is reduced and the stable operating range is not significantly influenced by the change of clearance ratio.
It is well-known that high anisotropic characteristic of turbulent flow field is dominant inside tip leakage vortex. This anisotropic nature of turbulence invalidates the use of the conventional isotropic eddy viscosity turbulence model based on the Boussinesq assumption. In this study, to check whether an anisotropic turbulence model is superior to the isotropic ones or not, the results obtained from steady-state Reynolds averaged Navier-Stokes simulations based on the RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ and the Reynolds stress model in two test cases, such as a linear compressor cascade and a forward-swept axial-flow fan, are compared with experimental data. Through the comparative study of turbulence models, it is clearly shown that the Reynolds stress model, which can express the production term and body-force term induced by system rotation without any modeling, should be used to predict the complex tip leakage flow, including the locus of tip leakage vortex center, quantitatively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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