Kim, Beom-Seok;Kim, Jeong-Hwan;Kang, Mun-Hu;Kim, Jin-Gu;Lee, Young-Ho
Proceedings of the KSME Conference
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2003.11a
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pp.863-868
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2003
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 arc hydrofoil 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 neo-hydrofoil 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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.1
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pp.255-265
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1996
Up to the present the study on the performance prediction of HAWT was performed mainly by assuming the axial flow. So in this paper we aimed at the fully non-axial flow of HAWT. For this purpose, we defined the wind turbine pitch angle in addition to the yaw angle to specify the arbitrary wind direction. And we adopted the Glauert method as the basic analysis method then modified this method suitably for our goal. By comparing the computational results obtained by this modified new Glauert method with the experimental results, it was proved that our method was a very efficient method. And on the basis of the reliability of this method we considered the effect of all the design parameters and presented the optimum blade geometry and the optimum operating condition to gain the best performance curve.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.4
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pp.357-366
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2007
The present study investigated local heat/mass transfer characteristics on the surface of the rotating turbine blade with various incidence angles. The experiments are conducted in a low speed annular cascade with a single stage turbine. The blade has a flat tip with the mean tip clearance of 2.5% of the blade chord. A naphthalene sublimation method is used to measure detailed mass transfer coefficient on the blade. At design condition, the inlet Reynolds number is $Re_c=1.5{\times}10^5$ which results in the blade rotation speed of 255.8 rpm. Also, the effect of off-design condition is examined with various incidence angles between $-15^{\circ}$ and $+7{\circ}$. The results indicated that the incidence angle has significant effects on the blade surface heat transfer. In mid-span region, the laminar separation region on the pressure side is reduced and the laminar flow region on the suction side shrinks with increasing incidence angle. Near the tip, the effect of tip leakage flow increases in span wise and axial directions as the incidence angle decreases because the tip leakage flow is formed near the suction side surface. However, the effect of tip leakage flow is reduced with positive incidence angle.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.11a
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pp.157-160
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2008
Tip clearance is a critical point in turbine to reduce friction between blade and casing. To estimate the direct effectiveness of the tip clearance, numerically analyzed are flow passing through rotors with and without tip clearance. The Results by CFX tells that rotors with tip clearance have vortex structure which makes larger loss in turbine, and shows lower total-to-total efficiency than that without tip clearance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.4
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pp.415-421
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2013
This study describes the aerodynamic design procedure for the axial turbines of a small heavy-duty gas turbine engine being developed by Doosan Heavy Industries. The design procedure mainly consists of three parts: namely, flowpath design, airfoil design, and 3D performance calculation. To design the optimized flowpath, through-flow calculations as well as the loss estimation are widely used to evaluate the effect of geometric variables, for example, shape of meridional plane, mean radius, blades axial gap, and hade angle. During the airfoil design procedure, the optimum number of blades is calculated by empirical correlations based on the in/outlet flow angles, and then 2D airfoil planar sections are designed carefully, followed by 2D B2B NS calculations. The designed planar sections are stacked along the spanwise direction, leading to a 3D surfaced airfoil shape. To consider the 3D effect on turbine performance, 3D multistage Euler calculation, single row, and multistage NS calculations are performed.
Jae Hyun Choi;Jung Yoon;Sungkun Chung;Namhyeong Kim;HangJin Jo
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.7
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pp.2697-2711
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2023
In this study, the validity of reducing the number of gas turbine stages designed for a nitrogen Brayton cycle coupled to a sodium-cooled fast reactor was assessed. The turbine performance was evaluated through computational fluid dynamics (CFD) simulations under different off-design conditions controlled by a reduced flow rate and reduced rotational speed. Two different multistage gas turbines designed to extract almost the same specific work were selected: two- and three-stage turbines (mid-span stage loading coefficient: 1.23 and 1.0, respectively). Real gas properties were considered in the CFD simulation in accordance with the Peng-Robinson's equation of state. According to the CFD results, the off-design performance of the two-stage turbine is comparable to that of the three-stage turbine. Moreover, compared to the three-stage turbine, the two-stage turbine generates less entropy across the shock wave. The results indicate that under both design and off-design conditions, increasing the stage loading coefficient for a fewer number of turbine stages is effective in terms of performance and size. Furthermore, the Ellipse law can be used to assess off-design performance and increasing exponent of the expansion ratio term better predicts the off-design performance with a few stages (two or three).
Turbine blades experience significant surface degradation with service. This paper presents experimental evidence of blade surface roughness reducing turbine efficiency. Performance tests were conducted in a low speed, single-stage axial flow turbine rig with roughened blade surfaces. Sheets of sandpaper with equivalent sandgrain roughnesses of 106 and $400{\mu}m$ were used to roughen the blades. In these tests, effects of roughened stator vanes and rotor blades were separately evaluated. In the fully rough regime ($k_{s}=400{\mu}m$), the experimental results show an 11 percent decrease in normalized efficiency with roughness only on stator vanes ; an 8 percent decrease with roughness only on rotor blades ; and a 19 percent decrease with roughness on both the stator and rotor blades. In the transitionally rough regime ($k_{s}=106{\mu}m$), the trends are similar approximately 4 percent decrease with either roughened stator or roughened rotor and an 8 percent decrease with roughness on both stator and rotor blades. Thus, roughened stator vanes incur more performance penalty than roughened rotor blades.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.9
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pp.1292-1301
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2002
An experimental study of turbine performance is conducted with various incidence angles on a rotating turbine rotor. 5 different incidence angles are applied from -17$^{\circ}$to 13$^{\circ}$with 7.5$^{\circ}$gaps. In order to precisely set up the incidence angles at the rotor inlet, 5 turbine discs are manufactured with the different fir tree section. Total-to-total efficiencies are obtained on the several off-design points with considering the exit total pressure, which is meas fred at 12 locations between the hub and casing using a pressure rake. The degree of reaction is 0.373 at the mean radius, and Reynolds number based on the rotor chord is 0.86$\times$10$^{5}$ at the turbine inlet on the design point experiment. The experiment on a single-stage turbine is conducted at the low-pressure and low-speed state, but it is sufficient to consider the blade loading effect due to the rotating apparatus even though the total pressure loss at the exit is increased proportionally to the turbine output power. The experimental results recommend 6$^{\circ}$as an optimum incidence angle on the turbine blade design. The total-to-total efficiency is steeply decreased when the incidence angle is over $\pm$9$^{\circ}$ from the optimum incidence angle. In the range of less than -10$^{\circ}$incidence angle, 7.5$^{\circ}$ reduction of incidence angle generates 15% decrease of total-to-total efficiency. This result is obtained on the same rotor blade by changing only the rotational speed to minimize the effect of profile and secondary flow loss in the passage. Experimental results show that the change rate of total-to-total efficiency according to the incidence angle change is unchanged although the turbine operates at the off-design condition.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.12
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pp.107-112
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2010
A gas turbine consists of an upstream compressor and a downstream turbine with a combustion chamber, and also the compressor and the turbine are generally coupled using a single shaft. Large scale gas turbine compressor is designed as multi-stage axial flow and the blade is fan-type which is thick and wide. Recently radial cracking happens occasionally at the compressor blade tip of large scale gas turbine. So, FEM was performed on the compressor blade and vibration modes and dynamic stresses were analyzed. According to the analysis, 9th natural frequency mode of the blade, which is 2 strip mode, is near the vane passing frequency by the vane located at the upstream of the blade.
Several reverse design methods are developed and applied to the suction or pressure surface for finding design values of blade geometry for a given axial turbine blade. Re-designed blade profiles using shape parameters are compared with measured blade data. Essential shape parameters for blade design are induced by the procedure of reverse design for best fitting. Characteristics of shape parameters are evaluated through the system design method and restriction conditions of structural stability or aerodynamic flow loss. Some of shape parameters i.e blade radius or exit blade angle etc., are classified to weakly adjustable shape parameters, otherwise strongly adjustable shape parameters which would be applied for controlling blade shape. Average deviation values between the measured data and re-designed blade using shape parameters are calculated for each design method. Comparing with the average deviation for a given blade geometry, minimum shape parameters required to design a blade geometry are obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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