일반적으로 다단 축류 터빈은 높은 팽창비에서 유동 가속으로 인하여 특정 단에서 초킹 현상이 발생하게 된다. 입구 유량 경계조건을 사용하는 일반적인 평균반경해석법을 사용하는 경우 유량 변화없이 팽창비만 증가하게 되는 초킹 현상을 예측하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 초킹 영역에서의 성능을 예측하는 알고리즘을 제안하였다. 초킹 지점 이후에는 초킹이 발생하는 노즐 혹은 로터 출구 유동이 팽창하는 특성을 반영하여 고정된 유량 조건에서 팽창비가 변할 수 있도록 알고리즘을 구성하였다. 계산된 결과를 다단 축류 터빈 전산해석 결과 및 실험결과와 비교하여 신뢰성을 확인하였다.
A simple model of the tip leakage flow models of the rotor downstream flow is developed, based on Lakshminarayana's theoretical concept on the tip clearance flow and the experimental data published in open literature. And new spanwise distribution models of deviation angle and pressure loss coefficient due to the tip leakage flow are formulated for use in association with the streamline curvature method as a through flow analysis. Combining these new models and previous deviation and loss models due to secondary flow, a robust streamline curvature method is established for flow analysis of single-stage, subsonic axial turbines with wide ranges of turning angle, aspect ratio and blading type. At the exit from rotor rows, the flow variables are mixed radially according to a spanwise transport equation. The proposed streamline curvature method is tested against a forced vortex type turbine as well as a free vortex type one. The results show that the spanwise variations of flow angle, axial velocity and loss coefficients at rotor exit are predicted with good accuracy, being comparable to a steady three-dimensional Navier-Stokes analysis. This simple and fast flow analysis is found to be very useful for the turbine design at the initial design phase.
A wind turbine is one of the most popular energy conversion systems to generate electricity from the natural renewable energy source and an axial-flow type wind turbine is the most popular system for the electricity generation in the wind farm nowadays. In this study, a cross-flow type turbine has been studied for the application of wind turbine for electricity generation. The target capacity of electric power generation of the model wind turbine developing on the project is 12 volts, 130A/H (about 1.56kW). The important design parameters of the model turbine impeller are the inlet and exit angle of the turbine blade, number of blade, hub/tip ratio and the exit flow angle of the casing. In this study, the radial equilibrium theorem was used to decide the inlet and exit angle of the impller blade and CFD technique was used to have the performance analysis of the designed model power turbine to find out the optimum geometry of the CPT impeller and casing. The designed CPT with 24 impeller blades at ${\alpha}=82^{\circ}$, ${\beta}=40^{\circ}$ of turbine blade angle was estimated to generate 284.6 N.m of indicated torque and 2.14kW of indicated power.
Mixers are used in various industrial fields where it is necessary to intimately mix two reactants in a short period of time. However, despite their widespread use, complex unsteady flow characteristics of industrial mixers are not systematic investigated. The present study aimed to clarify unsteady flow characteristics induced by various impellers in a tank. Impellers are pitched blade turbine and neo-hydrofoil turbine types. A high speed CCD camera and an Ar-Ion laser for illumination were adopted to clarify the time-dependent flow characteristics of the mixers. The rotating speed of impellers increased from 6Hz to 60Hz by 6Hz. The maximum velocity around PBT impeller is higher than the hydrofoil type impeller. These two types of turbine shows that typical flow characteristics of axial turbine and suitable for mixing high -viscosity materials.
The output power of turbine is greatly affected by the losses generated within the passage. In order to develop a better turbine or loss models, an experimental study was conducted using a linear cascade experimental apparatus. The total pressure loss and flow structures were measured at two cross-sectional planes located downstream of blade row. Measurement was conducted in a steady state for the several different locations of the blade row along the rotational direction. The blade row moved by 20 % of the pitch, and tip clearance was varied from 2% to 8%. Axial-type blades were used and its blade chord was 200mm. A square nozzle was applied and its size was $200mm{\times}200mm$. The experiment was conducted at a Reynolds number of $3{\times}10^5$ based on the chord. Nozzle flow angle sets to $65^{\circ}$ based on the axial direction and the solidity of blade row was 1.38. From the experimental results, the total pressure loss was greatly varied in the receding region than in the entering region. The flow properties within the blade passage were strongly changed according to the location of blade row.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제2권4호
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pp.375-382
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2009
Hydraulic instability associated with pressure fluctuations is a serious problem in hydraulic machinery. Pressure fluctuations are usually a result of a strong vortex created in the centre of a flow at the outlet of a runner. At every radial turbine and also at every single regulating axial turbine, the draft tube vortex appears at part-load operating regimes. The consequences of the vortex developed in the draft tube are very unpleasant pressure pulsation, axial and radial forces and torque fluctuation as well as turbine structure vibration. The consequences of the vortex are transferred upstream and downstream with amplitude and frequency modulation in respect of the turbine operating regime, cavitation conditions and air admitted content. Numerical prediction of the vortex appearance in the design stage is a very important task. The amplitude of the pressure pulsation is different for each operating regime therefore the main goal of this research was to numerically predict pressure pulsation amplitude versus different guide vane openings and to compare the results with experimental ones. For the numerical flow analysis of a complete Francis turbine (FT), the computer code ANSYS-CFX11 has been used.
본 연구에서는 축류 터빈의 최적 설계 계산에서 사용 용도에 따라 달리 적용 될 수 있는 특정 제한조건, 즉 유량 계수, 압력비, 출력 그리고 하중 계수를 각각 고 려하였을 경우에 최대 효율을 가지기 위한 최적 조건을 계산하고자 한다. 또한 단일 설계 변수의 민감도(sensitivity) 뿐만 아니라, 단일 민감도에서 성능에 큰 영향을 주 는 설계 변수들에 대하여 복수 민감도를 나타내어 설계 변수 및 설계 제한 조건이 축 류 터빈의 성능에 미치는 영향을 조사하고자 한다.
The lubrication characteristics of high-speed ball bearings have been investigated empirically using 45mm bore split inner ring ball bearings employed in small industrial gas turbine engines with oil-jet lubrication method. For the close structural simulation, experiments carried out with bearing mounting supports of real engines, such as bearing housings and oil nozzle assemblies with squeeze film dampers. Thus the results of tests can be directly applied to the design and the development of gas turbine engines. Testing was done by varying operating speeds, axial load on bearings, and lubricant flow rates. During testing, the temperature of bearing at outer-ring face, the power consumption of the driving motor, and the rotating resistance of the bearing were measured. From this study, the representative factors for lubrication characteristics at high speed was found, and the most important one was not operating speed but axial load up to 1.95 million dmN speed and 2969 N axial load. Furthermore, the detailed variation of the rotational resistance of the bearing could be visualized by measuring the change of the radial load under the bearing supports. The rotational resistance consists of the frictional resistance and the bearing-cavity oil resistance.
Korea Aerospace Research Institute(KARI) has developed the gas turbine core technologies since 1989 and has built the infrastructure for the development of gas turbine. Efficiency and flow instability are the major research object in radial and axial compressors. For combustor, NOx reduction is major research object. KARI also has developed turbine cooling technology as well as turbine aerodynamic technology.
This paper deals with the experimental study on the flow characteristics in straight flow can type combustor which has been used for high pressure ratio gas turbine combustor. The author has investigated the effects of swirl number and secondary air hole arrays in axial position on the flow characteristics by adopting the tuft method and 5-Hole Pilot Tube. From these experiments, as the swirl number increases, the results obtained is that the area of recirculation zone becomes wide and the position of vortex-core region approaches to the near of fuel nozzle in the model combustor. The most favourable penetration is obtained when secondary air jet is introduced through the air holes distributed in the form of paralled two rows in axial position of model combustor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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