Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.5
s.236
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pp.625-632
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2005
This paper describes the shape optimization of a stator blade in a single-stage transonic axial compressor. The blade optimization has been performed using response surface method and three-dimensional Navier-Stokes analysis. Two shape variables of the stator blade, which are used to define a stacking line, are introduced to increase an adiabatic efficiency. Data points for response evaluations have been selected by D-optimal design, and linear programming method has been used for an optimization on a response surface. Throughout the shape optimization of a stator blade, the adiabatic efficiency is increased to 5.8 percent compared to that of the reference shape of the stator. The increase of the efficiency is mainly caused by the pressure enhancement in the stator blade. Flow separation on the blade suction surface of the stator is also improved by optimizing the stator blade. It is noted that the optimization of the stator blade is also useful method to increase the adiabatic efficiency in the axial compressor as well as the optimization of a rotor blade, which is widely used now.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.8
s.239
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pp.956-962
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2005
A three-dimensional computation was conducted to make a study about effects of the inlet boundary layer thickness on the total pressure loss in a low-speed axial compressor operating at the design condition ($\phi=85\%$) and near stall condition($\phi=65\%$). Differences of the tip leakage flow and hub corner-stall induced by the inlet boundary layer thickness enable the loss distribution of total pressure along the span to be altered. At design condition, total pressure losses for two different inlet boundary layers are almost alike in the core flow region but the larger loss is generated at both hub and tip when the inlet boundary layer is thin. At the near stall condition, however, total pressure loss fer the thick inlet boundary layer is found to be greater than that for the thin inlet boundary layer on most of the span except the region near hub and casing. Total pressure loss is scrutinized through three major loss categories in a subsonic axial compressor such as profile loss, tip leakage loss and endwall loss using Denton's loss model, and effects of the inlet boundary layer thickness on the loss structure are analyzed in detail.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.1
s.256
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pp.68-75
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2007
A three-dimensional computation is conducted to simulate a three-dimensional rotating stall in a low speed axial compressor. It is generally known that a tip leakage flow has an important role on a stall inception. However, almost of researchers have taken no interest in a role of the hub-comer-stall on the rotating stall even though it is a common feature of the flow in an axial compressor operating near stall and it has a large effect on the flows and loss characteristics. Using a time-accurate unsteady simulation, it is found that the hub-comer-stall may be a trigger to collapse the axisymmetric flows under high loads. An asymmetric disturbance is initially originated in the hub-comer-stall because separations are naturally unstable flow phenomena. Then this disturbance is transferred to the tip leakage flows from the hub-comer-stall and grows to be stationary stall cells, which adheres to blade passage and rotate at the same speed as the rotor. When stationary stall cells reach a critical size, these cells then move along the blade row and become a short-length-scale rotating stall. The rotational speed of stall cells quickly comes down to 79 percent of rotor so they rotate in the opposite direction to the rotor blades in the rotating frame.
Park, Tae Choon;Kang, Young-Seok;Hwang, Oh-Sik;Song, Ji-Han;Lim, Byeung Jun
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.15
no.6
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pp.77-84
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2012
The aerodynamic performance of a single-stage transonic axial compressor was experimentally evaluated by measuring pressure and temperature distribution at the inlet and outlet of the compressor. The compressor was developed by Korea Aerospace Research Institute through multidisciplinary design optimization (MDO) method, especially integrating aerodynamic performance and structural stability. The test results show that the pressure ratio is 1.65 and the efficiency is 85.8 % at design point, where the corrected speed is 22,000 rpm and the corrected mass flow rate is 15.4 kg/s, and it has a good agreement with the design target and computational results. The distribution of pressure ratio is very steep at design speed, compared with the trend of other subsonic compressors. Also the static pressure distribution on the stator casing shows that the blade loading is gradually increasing through the stage as designed.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.743-750
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2008
Asymmetric tip clearance in an axial compressor induces pressure and velocity redistributions along the circumferential direction in an axial compressor. This paper presents the mechanism of the flow redistribution due to the asymmetric tip clearance with a simple numerical modeling. The flow field of a rotor of an axial compressor is predicted when an asymmetric tip clearance occurs along the circumferential direction. The modeling results are supported by CFD results not only to validate the present modeling but also to investigate more detailed flow fields. Asymmetric tip clearance makes local flow area and resultant axial velocity vary along the circumferential direction. This flow redistribution 'seed' results in a different flow patterns according to the flow coefficient. Flow field redistribution patterns are largely dependent on the local tip clearance performance at low flow coefficients. However, the contribution of the main flow region becomes dominant while the tip clearance effect becomes weak as the flow coefficient increases. The flow field redistribution pattern becomes noticeably strong if a blockage effect is involved when the flow coefficient increases. The relative flow angle at the small clearance region decreases which result in a negative incidence angle at the high flow coefficient. It causes a recirculation region at the blade pressure surface which results in the flow blockage. It promotes the strength of the flow field redistribution at the rotor outlet. These flow pattern changes have an effect on the blade loading perturbations. The integration of blade loading perturbation from control volume analysis of the circumferential momentum leads to well-known Alford's force. Alford's force is always negative when the flow blockage effects are excluded. However when the flow blockage effect is incorporated into the modeling, main flow effects on the flow redistribution is also reflected on the Alford's force at the high flow coefficient. Alford's force steeply increases as the flow coefficient increases, because of the tip leakage suppression and strong flow redistribution. The predicted results are well agreed to CFD results by Kang and Kang(2006).
Fly ash enters axial compressor when a turbomachinery is operated in an adverse environment. We have numerically investigated erosion of the blade and shroud in the turbulent compressor passage flow under the influence of gas-particle two-phase interaction. There have appeared quasi-three dimensional calculations on this subject but not the complete three-dimensional gas-particle interaction as done in the present work. Lagrangian particle tracing technique is used on the base of parallel processing for efficient calculation. Accuracy of the present code is tested using the benchmark lPL nozzle. In the DFVLR compressor blades, we have shown that a large number of particles passing through the tip clearance make impact on the blade tip and on the shroud. Higher degree of erosion is resulted by the heavier particles due to the centrifugal force.
Fly ash enters axial compressor when a turbomachinery is operated in an adverse environment. We have numerically investigated erosion of the blade and shroud in the turbulent compressor passage flow under the influence of gas-particle two-phase interaction. There have appeared quasi-three dimensional calculations on this subject but not the complete three-dimensional gas-particle interaction as done in the present work. Lagrangian particle tracing technique is used on the base of parallel processing for efficient calculation. Accuracy of the present code is tested using the benchmark JPL nozzle. In the DFVLR compressor blades, we have shown that a large number of particles passing through the tip clearance make impact on the blade tip and on the shroud. Higher degree of erosion is resulted by the heavier particles due to the centrifugal force.
Measurements of the leakage flow in the shrouded cavity were performed in axial compressor cascades at $Re=2.6{\times}10^5$. This paper describes the effects of the leakage flow tangential velocity on kinematics of the leakage flow in the shrouded cavity and consequent overall loss and exit flow turning at stator blade row downstream. Flow data and flow visualization images consistently indicate that leakage flow circumferentially migrates 2, 4 and 5 blade passages in the direction of rotation for ${\upsilon}_y/c=0.09$, 0.35 and 0.45, respectively where ${\upsilon}_y$ is the leakage tangential velocity and c is the mainstream velocity. The leakage flow contracts to a jet across the seal-tooth resulting in an increase in the leakage axial velocity-doubling the leakage axial velocity in upstream cavity compared to that in the downstream cavity. Consequently, two flow regions are distinguished before and after the seal-tooth. As increasing the leakage tangential velocity, the overall loss downstream of stator blade row decreases and the exit flow turning in the range of span. from the hub endwall to 15% increases while the decreases in the flow turning from 15% to 30% span is observed.
In this study, a program to design a multi-stage axial compressor is developed wi th mean-line analysis and vortex methods. In a preliminary design stage, a method. to design in a short time is needed and mean-line analysis is usually used for this purpose. Arbitrary pressure ratio and reaction can be assigned to generate overall geometry and several vortex methods are adopted to consider the radial distribution of velocity and reaction. The variation of performance, when we use free vortex, forced vortex, and exponential method, is compared and discussed.
The present study is to compare the performance of turbulence models in the analysis of the complex flowfield of an axial flow compressor. Baldwin-Lomax turbulence model and k-$\omega$ turbulence model were selected for the comparison. The thin-layer Wavier-Stokes equation was calculated by explicit, finite-difference numerical scheme. A spatially-varying time-step and an implicit residual smoothing were used to improve convergence. Experimental measurements for NASA rotor 37 were cited fer the comparison with numerical data. The compared two turbulence models gave similar performance over all except for total pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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