International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.4
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pp.362-369
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2016
The shock-free inflow criterion applied in the development of two-dimensional cascade for turbomachinery design. The developed cascade analysis with potential flow calculation through a panel method has been used to determine the shock-free inflow condition. The combination between cascade analysis and PSO (particle swarm optimization) algorithm provides an opportunity to develop a diagram of a two-dimensional parameter cascade at various airfoil shapes. Analytical equations have been derived from the diagram that will facilitate the turbomachinery designer in applying the shock-free inflow criterion on their developed cascade. This method has been used to develop the very low head axial hydraulic turbine and provides excellent results of numerical and actual prototype performances.
Design optimization of a transonic compressor rotor (NASA rotor 37) using response surface method and three-dimensional Navier-Stokes analysis has been carried out in this work. Baldwin-Lomax turbulence model was used in the flow analysis. Three design variables were selected to optimize the stacking line of the blade. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, adiabatic efficiency was successfully improved. Ana, it is found that the design process provides reliable design of a turbomachinery blade with reasonable computing time.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.202-212
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2008
A three-dimensional computation was conducted to understand effects of the low Reynolds number on the loss characteristics in a transonic axial compressor, Rotor67. As a gas turbine becomes smaller in size and it is operated at high altitude, the operating condition frequently lies at low Reynolds number. It is generally known that wall boundary layers are thickened and a large separation occurs on the blade surface in axial turbomachinery as the Reynolds number decreases. In this study, it was found that the large viscosity did not affect on the bow shock at the leading edge but significantly did on the location and the intensity of the passage shock. The passage shock moved upstream towards leading edge and its intensity decreased at the low Reynolds number. This change had large effects on the performance as well as the internal flows such as the pressure distribution on the blade surface, tip leakage flow and separation. The total pressure rise and the adiabatic efficiency decreased about 3% individually at the same normalized mass flow rate at the low Reynolds number. In order to analyze this performance drop caused by the low Reynolds number, the total pressure loss was scrutinized through major loss categories such as profile loss, tip leakage loss, endwall loss and shock loss.
Deterioration of surface of turbomachinery blades occurs in course of time due to many factors and hence reduces the performance of the machine. In this paper, the effects of surface roughness of transonic axial compressor blade on performance are studied considering a reference blade and a shape distorted (optimized) blade. Optimal blade is designed considering sweep and lean. Baldwin-Lomax turbulence model is used for flow field analysis and Cebeci-Smith roughness model is formulated for roughness modeling. It is found that, as the surface roughness increases, adiabatic efficiency, total temperature ratio and total pressure ratio decrease while Mach number increases. Performance deterioration is more severe in case of distorted blade as compared to reference blade.
Park, Jae Hyeon;Sohn, Dong Kyung;Kim, Chang Hyun;Baek, Je Hyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.2
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pp.75-83
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2016
Since a turbomachine has complex flow characteristics, which are caused by adverse pressure gradient and high speed motion, an elaborate turbulence model is needed to accurately predict the flow. Some turbulence models such as an algebraic or a two-equation eddy viscosity model have been used for in-house RANS-code, but it is difficult to obtain good result for several complex flows. In this study, Durbin's V2-F turbulence model, which has been known for better prediction for severe flow separation, is applied to T-Flow. It was validated for simple cases such as channel and compressor cascade, and its applicability to turbomachinery was shown by analyzing internal flow of a single rotor. As a result, the V2-F turbulence model shows better blade surface pressure distribution than the one-and-two equation turbulence model.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.12
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pp.3287-3296
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1994
For the numerical computation of three-dimensional compressible flow field within a blade row in a centrifugal compressor, a quasi 3-dimensional solver which combines a reversible B-B flow and an irreversible H-S flow using finite element methods was developed. In a reversible B-B flow, the governing coordinates are modified in order to be applied to any type of turbomachinery, and two kinds of stream functions are introduced in order to make the Kutta condition exactly satisfied. In an irreversible H-S flow, the changes of entropy in the irreversible governing equations are determined not by empirical source but by the theoretical treatment of dissipation forces. The dissipation forces are obtained from the distribution of shear stresses in the flow passage which are given from the wall shear stresses using the exponential functions. A more accurate quasi-3-dimensional solver is established where the effect of body forces is involved in the non-axisymmetric H-S flow. Some numerical results obtained from authors' previous studies for axial flow machines assure that the present method is able to predict well as long as the flow is subsonic and not under strong viscous effect.
Computational analysis of incompressible flows by numerically solving Navier-Stokes equations using multi-block finite volume method is conducted on a parallel computing system. Numerical algorithms adopted in this study $include^{(1)}$ QUICK upwinding scheme for convective $terms,^{(2)}$ central differencing for other terms $and^{(3)}$ the second-order Euler differencing for time-marching procedure. Structured grids are used on the body-fitted coordinate with multi-block concept which uses overlaid grids on the block-interfacing boundaries. Computational code is parallelized on the MPI environment. Numerical accuracy of the computational method is verified by solving a benchmark test case of the flow inside two-dimensional rectangular cavity. Computation in the axial compressor cascade is conducted by using 4 PE's md, as results, no numerical instabilities are observed and it is expected that the present computational method can be applied to the turbomachinery flow problems without major difficulties.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.4
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pp.387-395
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2011
Single-blade centrifugal pumps are widely used as sewage pumps. However, the impeller of a single-blade pump is subjected to strong radial thrust during pump operation because of the geometrical axial asymmetry of the impeller. Therefore, to improve pump reliability, it is necessary to quantitatively understand radial thrust and elucidate the behavior and mechanism of thrust generating. This study investigates the radial thrust acting up on a single-blade centrifugal impeller by conducting experiments and CFD analysis. The results show that the fluctuating component of radial thrust increases as the flow rate deviates from the design flow rate to low or high value. Radial thrust was modeled by a combination of three components, inertia, momentum, and pressure by applying an unsteady conservation of momentum to the impeller. The sum of these components agrees with the radial thrust calculated by integrating the pressure and the shearing stress on the impeller surface. The behavior of each component was shown, and the effects of each component on radial thrust were clarified. The pressure component has the greatest effect on the time-averaged value and the fluctuating component of radial thrust. The time-averaged value of the inertia component is nearly 0, irrespective of the change in the flow rate. However, its fluctuating component has a magnitude nearly comparable with the pressure component at a low flow rate and slightly decreased with the increase in flow rate.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.8
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pp.2561-2571
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1996
The flow in the turbomachinery is very unsteady due to the stator-rotor interaction. It has been indicated that the stator-rotor interaction has three distinct causes of unsteadiness: that is, the viscous vortex shedding, wake rotor interaction and potential stator-rotor interaction. In this paper, the mechanism of unsteady potential interaction and wake interaction in the stator-rotor stage flow is numerically investigated in two-dimensional view point. The numerical technique used is the upwind scheme of Van Leer's Flux Vector Splitting(FVS) and cubic spline interpolation is applied on zonal interface. Then, the flow field of a compressor stage composed of NACA 65410 is analyzed. Flow fields are found to be simulated reasonably by this method and the sensitivity due to back-pressure variation is more stronger than rotor-velocity variation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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