This paper describes the shape optimization of a stator blade in a single-stage transonic axial compressor. The blade optimization has been performed using response surface method and three-dimensional Navier-Stokes analysis. Two shape variables of the stator blade, which are used to define a stacking line, are introduced to increase an adiabatic efficiency. Data points for response evaluations have been selected by D-optimal design, and linear programming method has been used for an optimization on a response surface. Throughout the shape optimization of a stator blade, the adiabatic efficiency is increased to 5.8 percent compared to that of the reference shape of the stator. The increase of the efficiency is mainly caused by the pressure enhancement in the stator blade. Flow separation on the blade suction surface of the stator is also improved by optimizing the stator blade. It is noted that the optimization of the stator blade is also useful method to increase the adiabatic efficiency in the axial compressor as well as the optimization of a rotor blade, which is widely used now.
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.
본 연구에서는 통계적 파괴 분석으로서 turbine blade에서의 피로 수명이 최소화되는 최적 설계안을 도출하는 데에 있다. 그 방법으로서는 최소한의 피로 수명이 나오는 설계안을 위해 먼저 fillet radius를 고정한 후, 실험 계획법을 통하여 turbine blade에서의 최적의 X 와 Y 위치를 찾는다. 또한 six sigma analysis로서 X 와 Y 인자에서의 공정에 대한 불확실성을 계산한다. 그리고 robust design을 사용하여 주어진 불확실성 상태에서 최적의 fillet radius 값을 결정하여 최대의 von Mises 응력은 20%가 작아지고 피로수명이 두 배가 되는 최적의 설계를 할 수가 있었다.
The purposes of this study are to evaluate the power performance through CFD analysis and structural integrity through uni-directional FSI analysis in aerodynamic design and structure design of wind turbine blade. The blade was designed to generate the power of 2MW under the rated wind speed of 11 m/s, consisting of NACA 6 series, DU series and FFA series airfoil. The inside section of the blade was designed into D-spar structure and circular stiffener was placed to reinforce the structural strength in the part of hub. CFD analysis with the application of transitional turbulence model was performed to evaluate the power performance of blade according to the change of TSR and 2.024MW resulted under the condition of rated wind speed. TSR of 9 produced the maximum power coefficient and in this case, Cp was 0.494. This study applied uni-directional FSI analysis for more precise evaluation of structural integrity of blade, and the results of fiber failure, inter fiber failure and eigenvalue buckling analysis were evaluated, respectively. For the evaluation, Puck's failure criteria was applied and the result showed that fiber failure and inter fiber failure did not occur under every possible condition of the analysis. As a result, power performance and structural integrity of 2 MW blade designed in this study turned out to satisfy the initial design goals.
In this paper, a 1MW HAWT(FIL-1000) rotor blade has been designed by BEMT(Blade Element Momentum Theory) with Prandtl's tip loss. Also, a 3-D flow and performance analysis on the FIL-1000 rotor blade has been carried out by using the 3-D Navier-Stokes commercial solver (CFX-5.7) to provide more efficient design techniques to the large-scale HAWT engineers. The rated power and itsapproaching wind velocity at design point (TSR=7.5) are 1MW and 9.99m/s respectively. The rotor diameter is 54.5m and the rotating speed is 26.28rpm. Airfoils such as FFA W-301, DU91-W-250, DU93-W-210, NACA 63418, NACA 63415 consist of the rotor blade from hub to tip. Recent CFX version, 5.7 was adopted to simulate 3-D flow field and to analyze the performance characteristics of the rotor blade. Entire mesh node number is about 730,000 and it is generated by ICEM-CFD to achieve better mesh quality The predicted maximum power occurringat the design tip speed ratio is 931.45kW. Approaching to the root, the inflow angle becomes large, which causesthe blade to be stalled in the region. Therefore, k-$\omega$ SST turbulence model was used to predict the quantitative flow information more accurately. Application of commercial CFD code to optimum blade design and performance analysis was proved to be more effective environment to HAWT blade designers.
Disposable blade is widely used for palatal and oral mucosal incision in oral and maxillofadal surgery nowadays, But its design and durability need for improvement, Especially, there are so many hard tissues intraoral area, such as bone and tooth, therefor the sharpness of the surgical blade was easily destroyed, The purpose of this study was to make basic data for developing new design of surgical blade using in oral and maxillofacial area including for the patients who have cleft lip and palate deformities, Some questionnaires about the usefulness of currently used surgical blades were sent to 150 dentists, the 54 of them made a reply, Secondly, The used-once blade and fresh new blade were examined under the scanning electron microscope with the 4000-times magnification, Lastly, the tissue reaction following the surgical incision with a fresh-new and a used blade on rat buccal cheek mucosa and hard palate was evaluated with light microscope with hematoxilin-eosin staining, The time interval from the surgical trauma to taking a sample were 1 day, 3 days, 7 days, and 14 days, At each time schedule, 2 Sprague-Dawley rats were sacrificed, Many dentists were agreed to need for changing the design of the surgical blades and also demand to improve the durability of the blades, They were also eager to adopt the new design of blade if it was available, The blade used in surgical extraction procedure was heavily damaged in its sharpe edge of number 15 blade, The histological differences were not prominent, but the delayed healing was detected in buccal mucosal defects especially in the surgical group with used blade, There are slight different changes in hard palatal defects between a used and a new blade group, In this study, we could find that there are imperative demanding on improvement of surgical blade design and durability for oral and maxillofadal area, The blade currently using in surgical extraction was easily damaged, The animal model of this study was not perfect for the purpose of this study.
본 논문에서는 액체추진로켓용 터보펌프내 초음속 충동형 터빈의 공력성능 향상을 위해 기하학적 설계변수를 수치적으로 연구하였다. 터빈의 기하학적 설계변수는 아랫면, 윗면 원호반경, 입사각, 익단두께로 설정, 적절한 구속조건을 도입하였고 목적함수로는 최대파워를 채택하였다. 목적함수를 얻기 위해 2-D Navier-Stokes 방정식과 Chien의 k-$\varepsilon$ 난류 모델링을 수치적으로 계산하였다. 초기모델에서 이형 중앙부에 흐름박리를 볼 수 있었으나 개선된 익형에서 흐름박리는 제거되었다. 본 연구를 통해 약 3.2 %의 축 파워가 증대되었다.
This paper describes a new design of small-scale horizontal wind blade, called spiral wind turbine blade. Theoretical and numerical approaches on the prediction of aerodynamic performance of the blade have been conducted. A theoretical equation is successfully derived using the angular momentum equation to predict aerodynamic characteristics according to the design shape parameters of spiral blade. To be compared with the theoretical value, a numerical simulation using ANSYS CFX v12.1 is performed on the same design with the theoretical one. Large scale tip vortex is captured and graphically presented in this paper. The TSR-$C_p$ diagram shows a typical parabolic relation in which the maximum efficiency of the blade approximately 25% exists at TSR=2.5. The numerical simulation agrees well with that of the theoretical result except at the low rotational speed region of 0~20 rad/s.
In this research, the performance predictions of the submersible mixer were investigated. The variation of the performance characteristics by changing the impeller design parameters were discussed through the flow calculation results by using a commercial program, FLUENT. The performance of the submersible mixers is related to the velocity diffusion profiles downstream of the impeller and also the required input motor power to mix the fluid. In this study, the various design parameters such as the number of blade, the hub and tip diameters, the impeller blade profiles and revolution speed of the blades were taken for the fixed values. The blade sweep direction, the chord length distribution along with the radius of the blade and the inlet blade angle were changed to make different testing models. The flow calculation results show the effect of the changed design parameters on the performance of the submersible mixers and also give some helpful information for designing more efficient submersible mixers.
A computerized axial flow fan design system is developed with the capabilities for predicting the aerodynamic performance and the noise characteristics of fan. In the present study, the basic fan blading design is made by combining vortex distribution scheme with camber line design, airfoil selection, blade thickness distribution and stacking of blade elements. With the designed fan blade geometry, the through-flow field and the performance of fan are analyzed by using the streamline curvature computing scheme with spanwise total pressure loss and flow deviation models. Fan noise is assumed to be generated due to the pressure fluctuation induced by wake vortices of fan blades and to radiate as dipole distribution. The vortex-induced fluctuating pressure on blade surface is calculated by combining thin airfoil theory and the predicted flow field data. The predicted performances, sound pressure level and noise directivity patterns of fan by the present method are favorably compared with the test data of actual fans. Furthermore, the present method is shown to be very useful in designing the blade geometry of new fan and optimizing design variables of the fan to achieve higher efficiency and lower noise level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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