Precise leakage prediction for annular type seals of turbomachinery is necessary for enhancing their efficiency and various prediction methods have been developed. As the seal passage is designed intricately, the analysis based on Bulk-flow concept which has been mainly used in predicting seal leakage is limited. In order to improve the seal leakage prediction, full Navier-Stokes Equations with turbulent model derived in the seal flow passage have to be solved. In this study, 3D CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis has been performed for predicting leakage of various non-contact type anular seals using FLUENT. Compared to the results by Bulk-flow model analysis, experiment, and 2D CFD analysis, the result of 3D CFD analysis shows improvement in predicting seal leakage, especially for the parallel grooved pump seal.
In this study, one dimensional aerodynamic and structural study of a partial admission turbo pump turbine was performed. A turbine consists of a nozzle, rotor, outlet guide vanes. The aerodynamic characteristics of each component was derived from the governing equation and validated from the CFD calculations. One-dimensional basic design such as velocity triangles was conducted from the mean line analysis and modified from the 2-D and 3-D CFD analysis. The blade profile was determined by the CFD optimization. The thermal stress analysis and structural analysis are needed to be studied in the next design stage.
An angled labyrinth seal is used for the diaphragm-packing-ring seal design of steam turbine due to its leakage reduction characteristic. CFD analysis using FLUENT has been performed to predict leakage and determine an optimum slanted angle which yields the best leakage reduction. Results show that the optimum value of slanted angle is $-30^{\circ}$ independent of number of labyrinth teeth, inlet pressure, and tooth height to pitch ratio. 3D CFD analysis has been performed for predicting leakage of the angled labyrinth seal. Comparing with the result of 2D CFD analysis, 3D CFD analysis shows 1.4% smaller.
To validate the rotor performance analysis, 3D Computational Fluid Dynamics(CFD) analysis was performed for tilt rotor aeroacoustic model(TRAM). Also, 3D vehicle with rotating rotors was simulated for rotor power effect analysis. Multiple reference frame(MRF) and sliding mesh techniques were implemented to capture the effect of rotor revolution. CFD results were compared with the wind tunnel test results to validate their accuracy. At helicopter mode, CFD analysis predicted lower thrust than the wind tunnel test but CFD results showed good agreement with the test result at cruise mode. Rotor power effect decreased the lift but did not change drag and pitching moment.
Labyrinth seals are commonly used in various kinds of turbomachinery to reduce leakage flow. In the present 3D CFD analysis of see-through-type labyrinth air seal, the methodology of determining leakage and rotordynamic coefficients is suggested with the relative coordinate system for steady-state simulation. The leakage flow and rotordynamic forces predicted by using different solvers and turbulent models of FLUENT are compared with the results of the existing bulk-flow analysis code LABYSEAL.FOR and experiment. The present CFD result of direct stiffness(K) shows only improvement in prediction. The results of leakage and rotordynamic coefficients as well as computing time are sensitive against the used solver and turbulent model.
Gyu-Hwa, Lee;Dongwon, Kim;Jong-min, Lee;Kyoungil, Park;Byeongchul, Park
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.8
no.2
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pp.97-101
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2022
In this study we investigated the gas to solid heat transfer of bubbling fluidized bed bottom ash cooler installed at the Donghae power plant in South Korea. Several different analyses are done through 1-D calculations and 3-D CFD simulation to predict the bottom ash exit temperatures when it exits the ash cooler. Three different cases are set up to have consideration of unburnt carbon in the bottom ash. Sensible heat comparison and heat transfer calculation between the fluidization air and the bottom ash are conducted and 3-D CFD analysis is done on three cases. We have obtained the results that the bottom ash with unburnt carbon is exiting the ash cooler, exceeding the targeted temperature from both 1-D calculation and 3-D CFD simulation.
In present 3D CFD study, the method for determining leakage and rotordynamic coefficients of a plain-gas seal is suggested by using the relative coordinate system for steady-state simulation. In order to find the effect of pre-swirl speed at seal inlet, pre-swirl velocity is included as a parameter. Present analysis is verified by comparison with results acquired from Bulk-flow analysis code and published experimental results. The results of 3D CFD rotordynamic coefficients of direct stiffness(K) and cross-coupled stiffness(k) show improvements in prediction. As pre-swirl speed at seal inlet increases, k also increases to destabilize system. However, pre-swirl speed at seal inlet does not show sensitivity to the leakage and rotordynamic coefficients of K and damping(C).
PURPOSES : In this paper, the flow of construction material was simulated using computational fluid dynamics in a 2D axisymmetric condition to evaluate the effect of initial or varying material properties on the final shape of a specimen. METHODS : The CFD model was verified by using a well-known analytical solution for a given test condition followed by performing a sensitivity analysis to evaluate the effect of material properties on the final shape of material. Varying dynamic viscosity and yield stress were also considered. RESULTS : The CFD model in a 2D axisymmetric condition agreed with the analytical solution for most yield stress conditions. Minor disagreements observed at high yield stress conditions indicate improper application of the pure shear assumption for the given material behavior. It was also observed that the variation of yield stress and dynamic viscosity during curing had a meaningful effect on the final shape of the specimen. CONCLUSIONS : It is concluded that CFD modeling in a 2D axisymmetric condition is good enough to evaluate fluidal characteristics of material. The model is able to consider varying yield stress and viscosity during curing. The 3D CFD-DEM coupled model may be required to consider the interaction of aggregates in fluid.
Precise prediction of rotordynamic coefficients for annular type seal of turbomachinery is necessary for enhancing their vibrational stability and various prediction methods have been developed. As the seal passage is designed complicatedly, the analysis based on Bulk-flow concept which has been mainly used in predicting seal dynamics is limited. In order to improve the seal rotordynamic prediction, full Navier-Stokes Equations with turbulent model derived in the seal flow passage have to be solved. In this study, 3D CFD(Computational Fluid Dynamics) analysis has been performed for predicting rotordynamic coefficients of non-contact type annular plain seal using FLUENT. Comparing with the results of Bulk-flow model analysis, the result of 3D CFD analysis shows good agreement.
The Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) operates at ambient temperature as a low-temperature fuel cell. During its operation, voltage losses arise due to factors such as operating conditions and material properties, effecting its performance. Computational simulations of fuel cells can be categorized into 1D simulation and CFD, chosen based on their specific application purposes. In this study, we carried out an analysis validation using 1D geometry and compared its performance with the results from 2D geometry analysis. CFD allows for the representation of pressure, velocity distribution, and fuel mass fraction according to the geometry, enabling the analysis of current density. However, the 1D simulation, simplifying governing equations to reduce time cost, failed to accurately account for fuel distribution and changes in fuel concentration due to fuel cell operations. As a result, it showed unrealistic results in the cell voltage region dominated by concentration loss compared to CFD.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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