The characteristics of tip vortex within a blade tip region were examined experimentally in various flow coefficients by the way of changing tip clearance and blade stagger angle in an axial Low Speed Research Compressor(LSRC). The objective was to identify the unsteady pressure distribution in the blade passage by ensemble average technique acquired from high-frequency response pressure transducers and the tip vortex by root mean square value(RMS value). Data were reduced statistically using phase-lock technique for detailed pressure distributions.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.15
no.4
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pp.294-304
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2003
An experimental analysis using three-dimensional laser Doppler velocimetry(LDV) measurement and computational analysis using the Reynolds stress model in FLUENT are conducted to give a clear understanding of the effect of blade loading on the structure of tip leakage flow in a forward-swept axial-flow fan operating at the maximum efficiency condition ($\Phi$=0.25) and two off-design conditions ($\Phi$=0.21 and 0.30). As the blade loading increases, the onset position of the rolling-up of tip leakage flow moves upstream and the trajectory of tip leakage vortex center is more inclined toward the circumferential direction. Because the casing boundary layer becomes thicker and the mixing between the through-flow and the leakage jet with the different flow direction is enforced, the streamwise vorticity decays more fast with the blade loading increasing. A distinct tip leakage vortex is observed downstream of the blade trailing edge at $\Phi$=0.30, but it is not observed at $\Phi$=0.21 and 0.25.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.10
no.2
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pp.95-105
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2009
The flow fields around the HARTII rotor were numerically investigated using a viscous flow solver on adaptive unstructured meshes. An overset mesh and a deforming mesh technique were used to handle the blade motion including blade deflection, which was obtain from the HARTII experimental data. A solution-adaptive mesh refinement technique was also used to capture the rotor wake effectively. Comparison of the sectional normal force and pitching moment at 87% radial station between the two cases, with and without the blade deflection, showed that the blade loading is significantly affected by blade torsion. It was found that as the mesh was refined, the strength of tip vortex is better preserved, and the magnitude of high frequency blade loading, caused by blade-vortex interaction (BVI), is further magnified. It was also found that a proper time step size, which corresponds to the cell size, should be used to predict unsteady solutions accurately. In general, the numerical results in terms of the unsteady blade loading and the rotor wake show good agreement with the experimental data.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.12
no.1
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pp.50-60
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2004
An experimental analysis using three-dimensional Laser Doppler Velocimetry(LDV) measurement and computational analysis using the Reynolds stress model in FLUENT are conducted to give a clear understanding of the effect of blade loading on the structure of tip leakage flow in a forward-swept axial-flow fan operating at the maximum efficiency condition ($\Phi$=0.25) and two off-design conditions ($\Phi$=0.21 and 0.30). As the blade loading increases, the onset position of the rolling-up of tip leakage flow moves upstream and the trajectory of tip leakage vortex center is more inclined toward the circumferential direction. Because the casing boundary layer becomes thicker and the mixing between the through-flow and the leakage jet with the different flow direction is enforced, the streamwise vorticity decays more fast with the blade loading increasing. A distinct tip leakage vortex is observed downstream of the blade trailing edge at $\Phi$=0.30, but it is not observed at $\Phi$=0.21 and 0.25.
A computational analysis using Reynolds stress model in FLUENT is conducted to give a clear understanding of the effect of blade loading on the structure of tip leakage flow in a forward-swept axial-flow fan at design condition ($\phi$=0.25) and off-design condition ($\phi$=0.21 and 0.30). The roll-up of tip leakage flow starts near the minimum static wall pressure position, and the tip leakage vortex developes along the centerline of the pressure trough within the blade passages. Near tip region, a reverse flow induced by tip leakage vortex has a blockage effect on the through-flow. As a result, high momentum region is observed below the tip leakage vortex. As the blade loading increases, the reverse flow region is more inclined toward circumferential direction and the onset position of the rolling-up of tip leakage flow moves upstream. Because the casing boundary layer becomes thicker, and the mixing between the through-flow and the leakage jet with the different flow direction is enforced, the streamwise vorticity decays more fast with blade loading increasing. The computational results show that a distinct tip leakage vortex is observed downstream of the blade trailing edge at $\phi$=0.30, but it is not observed at $\phi$=0.21 and 0.25.
Kim, Hong-Kwan;Lee, Jang-Ho;Jang, Se-Myong;Kang, Ki-Weon
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.13
no.4
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pp.51-57
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2010
This paper describes the structural design and testing for 1.5kW class wind turbine composite blade. In order to calculate the equivalent material properties rule-of-mixture is applied. Lay-up sequence, ply thickness and ply angle are designed to satisfy the requirements for structural integrity. Structural analysis by using commercial software ABAQUS is performed to assess the static, buckling and vibration response. And to verify the structural analysis and design, the full scale structural test in flapwise direction was performed under single point loading according to loading conditions calculated by the aerodynamic analysis and Case H (Parked wind loading) in IEC 61400-2.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2001.04a
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pp.91-94
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2001
A structural test of the wind turbine rotor blade must be required to evaluate the uncertainty in design assessment due to use of material, design concepts, production processes and so on, and the possible impact on the structural integrity. In the full-scale static strength test, the measuring parameters are strain, displacements, loads, weight and the center of gravity. There are test equipments, measuring sensors, a test rig and fixtures to obtain measuring parameters. In order to simulate the aerodynamics load, the three-point loading method instead of the one-point loading method is applied. There is slightly some difference between the measured results and the predicted results with the reference fiber volume fraction of 60%. However, the agreement between the measured results and the predicted results with the actual fiber volume fraction of 52.5% is good. Even though a slightly non-linearity from 80% loading to 100% loading, a linear static solution is sufficient for the design purpose as the amount of the non-linearity is relatively small. Comparison between measured and predicted strain results at the maximum thickness positions of the blade profile for 0.236R(5.56m), 0.493R(11.59m) and 0.574R(13.43m), under 20%, 40%, 60%, 80% and 100% loadings for the upper part of the blade. The predicted values are in good agreement with the measured values.
In the present numerical analysis, investigation of the effect of blade loadings from design shape on the slip factor variation was studied. Both the Eckardt radial bladed impeller and the backswept impeller were analyzed. In addition, a new design of the blade profile was arbitrarily attempted to generate a center-loading pattern in the original backswept impeller. Three dimensional compressible Navier-Stokes flow analysis with the Baldwin-Lomax turbulence model was applied to get the numerical slip factor at each impeller exit plane using the mass-averaging technique. The numerical slip (actors are in good agreement with the experimental ones and the Wiesner's slip factors deviate further from the numerical and experimental ones in both backswept impellers. Deviation angles and meridional channel loadings are found in no relation with the trend of change of the slip factor. Blade-to-blade loadings in midspan location are, however, found to have a direct relationship, especially at the sections where maximum loadings we to be expected. That information can be utilized in establishing an improved expression for slip factors in the future.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.40-51
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1991
A Propeller design method using the newly developed blade section(KH18), which behaves better cavitation characteristics, is presented. Experimental results for two-dimensional foil sections show that the lift-drag curve and the cavitation-free bucket diagram of the new blade section are wider comparing to those of the existion NACA sections. This characteristic of the new section is particularly important for marine propeller applications since angle of attack variation of the propeller blade operating behind a non-uniform ship's wake is relatively large. A lifting surface theory is used for the design of a propeller with the developed section for a 2700 TEU container ship. Since the most suitable chordwise loading shape is not known a priori, chordwise loading shape is chosen as a design parameter. Five propellers with different chordwise loading shapes and different foil sections are designed and tested in the towing tank and cavitation tunnel at KRISO. It is observed by a series of extensive model tsets that the propeller(KP197) having the chordwise loading shape, which has less leading edge loading at the inner radii and more leading edge loading at the outer radii of 0.7 radius, has higher propulsive efficiency and better cavitation characteristics. The KP197 propeller shows 1% higher efficiency, 30% cavitation volume reduction and 9% reduction of fluctuating pressure level comparing to the propeller with an NACA section. More appreciable efficiency gain for the new blade section propeller would be expected by reduction of expanded blade area considering the better cavitation characteristics of the new blade section.
Because of the energy resources shortage and global pollution, the wind power systems have been developed consistently. Among the components of the wind power system, the rotor blades are the most important component. Generally it is made of GFRP material. Recently, GFRP material has been replaced by CFRP composite material in the blade which has an aerodynamic profile and twisted tip. However the failures has occurred in the trailing edge of the blade by the severe wind loading. Thus, tougher material than CFRP material is needed as like the aramid fiber. In this study, we investigated the mechanical behaviors of the blade using aramid fiber composites about wind speed variation. One-way FSI (fluid-structure interaction)analysis for the wind rotor blade was conducted. The structural analyses using the surface pressure loading resulted from wind flow field analysis were carried out. The results and analysis procedure in this paper can be utilized for the best strength design of the blade with aramid fiber composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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