Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.6
no.2
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pp.83-94
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2003
Preliminary aerodynamic design of a compressor is carried out to meet the design requirements which are pressure ratio of 13, air mass flow rate of 4 ㎏/s and rotational speed of 45,000 rpm. The compressor type is chosen as an axial-centrifugal compressor from the design requirements which is suitable for a medium power class turboprop or turboshaft engine. Its overall isentropic efficiency is estimated to be 0.796 and its surge margin to be 20% exceeding the design requirement. This paper summarizes the aerodynamic design details including the design procedures and the results of the axial -centrifugal compressor.
A study on the flow characteristics in a 4-stage axial compressor and the behavior of rotating stall was experimentally performed at the third-stage rotor and stator rows in order to investigate its performance and instability of the compression system. The pressure losses generated due to the leakage flow at a tip clearance and a shroud seal clearance and the wake flow near the trailing edge of a blade were taken into consideration to estimate the causes of performance drop of the low speed research compressor(LSRC) in Seoul national university. In addition, the measurement of rotating stall was conducted with hot-wire probes and the existence and propagation of stall cell could be confirmed through fast Fourier transform and cross-correlation analysis.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.8
s.239
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pp.948-955
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2005
A three-dimensional computation was conducted to understand effects of the inlet boundary layer thickness on the internal flow in a low-speed axial compressor operating at the design condition($\phi=85\%$) and near stall condition($\phi=65\%$). At the design condition, the flows in the axial compressor show, independent of the inlet boundary layer thickness, similar characteristics such as the pressure distribution, size of the hub comer-stall, tip leakage flow trajectory, limiting streamlines on the blade suction surface, etc. However, as the load is increased, the hub corner-stall grows to make a large separation region at the junction of the hub and suction surface for the inlet condition with thick boundary layers at the hub and casing. Moreover, the tip leakage flow is more vortical than that observed in case of the thin inlet boundary layer and has the critical point where the trajectory of the tip leakage flow is abruptly turned into the downstream. For the inlet condition with thin boundary layers, the hub corner-stall is diminished so it is indistinguishable from the wake. The tip leakage flow leans to the leading edge more than at the design condition but has no critical point. In addition to these, the severe reverse flow, induced by both boundary layer on the blade surface and the tip leakage flow, can be found to act as the blockage of flows near the casing, resulting in heavy loss.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.1
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pp.20-28
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2010
This paper deals with the Design and Analysis of a Controlled Diffusion Aerofoil (CDA) Blade Section for an Axial Compressor Stator and Effect of incidence angle and Mach No. on Performance of CDA. CD blade section has been designed at Axial Flow Compressor Research Lab, Propulsion Division of National Aerospace Laboratories (NAL), Bangalore, as per geometric procedure specified in the U.S. patent (4). The CFD analysis has been performed by a 2-D Euler code (Denton's code), which gives surface Mach No. distribution on the profiles. Boundary layer computations were performed by a 2-D boundary layer code (NALSOF0801) available in the SOFFTS library of NAL. The effect of variation of Mach no. was performed using fluent. The surface Mach no. distribution on the CD profile clearly indicates lower peak Mach no. than MCA profile. Further, boundary layer parameters on CD aerofoil at respective incidences have lower values than corresponding MCA blade profile. Total pressure loss on CD aerofoil for the same incidence range is lower than MCA blade profile.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.3
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pp.110-124
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2014
Surge phenomena in the zone of reduced speeds in a system of a nine-stage axial flow compressor coupled with ducts were studied analytically by use of a surge transient simulation code. Main results are as follows. (1) Expansion of apparently stable, non-surge working area of the pressure vs. flow field beyond the initial stage-stall line was predicted by the code in the lower speed region. The area proved analytically to be caused by significantly mismatched stage-working conditions, particularly with the front stages deep in the rotating stall branch of the characteristics, as was already known in situ and in steady-state calculations also. (2) Surge frequencies were found to increase for decreasing compressor speeds as far as the particular compressor system was concerned. (3) The tendency was found to be explained by a newly introduced volume-modified reduced surge frequency. It suggests that the surge frequency is related intimately with the process of emptying and filling of air into the delivery volume. (4) The upstream range of movement of the fluid mass having once passed through the compressor in surge was found to reduce toward the lower speeds, which could have caused additionally the increase in surge frequency. (5) The concept of the volume-modified reduced surge frequency was able to explain, though qualitatively at present, the behaviors of the area-pressure ratio parameter for the stall stagnation boundary proposed earlier by the author.
This paper presents roughness effects on flow characteristics and efficiency of multi-stage axial compressor using numerical simulation. which is carried out with a commercially available software, CFX-TASCflow. In this paper, the third of four stages of GE low pressure compressor is considered including me stator and rue rotor. Mixing-plane approach is adopted to model the interface between the stator and the rotor: it is appropriate for steady state simulation. First, a flat plate simulation was performed to validate how exact the numerical simulation predicts the roughness effect for smooth and rough walls. Then GE compressor model was calculated about at each roughness height. Concluding, very small roughness height largely affects the performance of compressor and the increasing rate of loss decrease as roughness height increase.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.3
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pp.260-270
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2010
Reducing the losses of the tip clearance flow is one of the keys in an unshrouded centrifugal compressor design and development because tip clearances are large in relation to the span of the blades and also centrifugal compressors produce a sufficiently large pressure rise in single stage. This problem is more acute for a low flow high-pressure ratio impeller design. The large tip clearance would cause flow separations, and as a result it would drop both the efficiency and surge margin. Thus a design of a high efficiency and wide operation range low flow coefficient centrifugal compressor is a great challenge. This paper describes a recent development of high efficiency and wide surge margin low flow coefficient centrifugal compressor. A viscous turbomachinery optimal design method developed by the authors for axial flow machine was further extended and used in the centrifugal compressor design. The compressor has three main parts: impeller, a low solidity diffuser and volute. The tip clearance is under a special consideration in this design to allow impeller insensitiveness to the clearance. A patented three-dimensional low solidity diffuser design method is used and applied to this design. The compressor test results demonstrated to be successful to extend the low solidity diffusers to high-pressure ratio compressor. The compressor stage performance showed the total to static efficiency of the compressor being about 85% and stability range over 35%. The test results are in good agreement with the design.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.1
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pp.1-16
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2016
Behaviors of surges appearing near the stall stagnation boundaries in various fashions in systems of a single-stage compressor and flow-path systems were studied analytically and were tried to put to order. Deep surges, which enclose the stall point in the pressure-mass flow plane, tend to have either near-resonant surge frequencies or subharmonic ones. The subharmonic surge is a multiple-loop one containing, for example, in a (1/2) subharmonic one, a deep surge loop and a mild surge loop, the latter of which does not enclose the stall point, staying only within the stalled zone. Both loops have nearly equal time periods, respectively, resulting in a (1/2) subharmonic surge frequency as a whole. The subharmonic surges are found to appear in a narrow zone neighboring the stall stagnation boundary. In other words, they tend to appear in the final stage of the stall stagnation process. It should be emphasized further that the stall stagnation initiates fundamentally at the situation where a volume-modified reduced resonant-surge frequency becomes coincident with that for the stagnation boundary conditions, where the reduced frequency is defined by the acoustical resonance frequency in the flow-path system, the delivery flow-path length and the compressor tip speed, modified by the sectional area ratio and the effect of the stalling pressure ratio. The real surge frequency turns from the resonant frequency to either near-resonant one or subharmonic one, and finally to stagnation condition, for the large-amplitude conditions, caused by the non-linear self-excitation mechanism of the surge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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