A numerical analysis has been conducted in order to simulate the characteristics of complex flow through linear cascades of high performance turbine blade with/without tip clearance by using a pressure-correction based, generalized 3D incompressible Wavier-Stokes CFD code. The development and generation of horseshoe vortex, passage vortex, leakage vortex, tip vortex within tip clearance, etc. are clearly identified through the present simulation which uses the RNG k-$\varepsilon$ turbulent model with wall function method and a second-order linear upwind scheme for convective terms. The present simulation results are consistent with the generally known tendency that occurs in the blade passage and tip clearance. A 3D model for secondary and leakage flows through turbine cascades with/without tip clearance is also suggested from the present simulation results, including the effects of tip clearance height.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제2권3호
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pp.189-196
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2009
The effect of inlet and outlet blade angles on a micro regenerative pump head was examined in experiments. The pump head was little increased by changing the blade angles compared with the original pump with the inlet and outlet blade angles of 0 degree. The effect of the axial clearance between the impeller and the casing on the pump head was also examined. The head was increased largely by decreasing the axial clearance. The computation of the internal flow was performed to clarify the cause of the increase of the pump head due to the decrease of the clearance. The local flow rate in the casing decreased as the leakage flow rate through the axial clearance decreased due to the decrease of the clearance. It was found that the larger head in the smaller clearance was just caused by the smaller local flow rate in the casing. In the case of the smaller clearance, the smaller local flow rate caused the smaller circumferential velocity near the front and rear sides of the impeller. This caused the increase of the angular momentum in the casing and the head.
Leakage vortices fonned near the blade tip cause an increase of total pressure loss near the casing endwall region and as a result, the efficiency of rotor decreases. The reduction of rotor efficiency is related to the size of tip clearance. In this study, the three-dimensional flow fields in an axial flow rotor were calculated with varying tip clearance under various flow rates, and the numerical results were compared with experimental ones. The effects of tip clearance and the of attack on the leakage vortex and overall performance, and the los9 distributions were investigated through numerical calculations. In this study, tip leakage flow rate and total pressure loss due to the tip clearance were evaluated using numerical results and approximate equations were presented to evaluate the reduction of rotor efficiency due to the tip leakage flow.
The guillotined cutting process for the pipe was studied in this paper. Until now guillotining mechanism can not be practically applied in the industries because of the deformation of sheared section around cutting area, the coarse sheared surface, and the burs. To find optimum shapes of blade, several types of blade were experimentally studied. The cutting force normal to the axial direction of the pipe was compared with the theoretical result based on the cutting energy. The experimental maximum cutting forces were very good agreement with the theoretical results. It also discussed that the design parameters of guillotining system such as the blade shape and the clearance between the blade and the die made effects to the deformation of the cutting cross section area. The results show that the guillotining method can be applicable to the pipe cutting system by optimizing the blade shape and the clearance between the blade and the die of the guillotined cutting system with respect to the sheared pipe material.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권3호
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pp.307-316
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2011
In order to clarify the features of tip leakage vortex near blade tip region in a half-ducted axial fan with large bellmouth, the experimental investigation was carried out using a 2-dimensional LDV system. Three sizes of tip clearance (TC) were tested: those sizes were 1mm (0.55% of blade chord length at blade tip), 2mm (1.11% of blade chord length at blade tip) and 4mm (2.22% of blade chord length at blade tip), and those were shown as TC=1mm, TC=2mm and TC=4mm, respectively. Fan characteristic tests and the velocity field measurements were done for each TC. Pressure - flow-rate characteristics and two-dimensional velocity vector maps were shown. The vortex trace and the vortex intensity distribution were also illustrated. As a result, a large difference on the pressure - flow-rate characteristics did not exist for three tip clearance sizes. In case of TC=4mm, the tip leakage vortex was outflow to downstream of rotor was not confirmed at the small and reference flow-rate conditions. Only at the large flow-rate condition, its outflow to downstream of rotor existed. In case of TC=2mm, overall vortex behaviors were almost the same ones in case of TC=4mm. However, the vortex trace inclined toward more tangential direction. In case of TC=1mm, the clear vortex was not observed for all flow-rate conditions.
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).
The heat/mass transfer characteristics on the plane tip surface of a high-turning first-stage turbine rotor blade has been investigated by employing the naphthalene sublimation technique. The heat/mass transfer coefficient is measured for four tip clearance height-to-chord ratios of h/c = 1.0%, 2.0%, 3.0%, and 4% at the Reynolds number of $2.09{\times}105$. The result shows that at lower h/c, there exists a strong flow separation/re-attachment process, which results in severe thermal load along the pressure-side comer. As h/c increases, the re-attachment is occurred further downstream of the pressure-side comer with lower thermal load. At higher h/c, a pair of vortices on the tip surface near the leading edge are found along the pressure-side and suction-side comers, and the pressure-side tip vortex have significant influence even on the mid-chord local heat transfer.
B.P.F.(Blade Passing Frequency) levels were measured with the cut-off clearance changes. The velocity inside the scroll, pressure fluctuation at cut-off region, and the scroll surface pressure distribution along the scroll from the cut-off to outlet were measured. With a certain cut-off clearance the improvement of efficiency and attenuation of B.P.F. noise level could be achieved. The measured results of pressure fluctuation and scroll surface pressure distribution showed that the secondary flow inside the scroll increased B.P.F. noise level at the cut-off region as the cut-off clearance got wide.
Liquid flow in a stirring mixer driven by a six-blade turbine has been investigated experimentally. The flows were quantified by measurements of velocity characteristics. obtained by a Particle Image Velocimetry(PIV). for a blade rotational speed of 100r.p.m. and for two blade clearances from the bottom of the tank. The instantaneous flow fields show that the bulk flow consists of small scale vortices very complicately. However, the mean flow results show that the formation of ring vortices above and below the blade. which depend on the clearance.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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