A numerical study was performed for a vane of a compressor with a high-turning angle and meridional divergence. At first, the effect of the suction position was discussed. Then, the optimal suction position was applied to the cascades with the aspect ratio of 2.53 and 0.3, respectively, to get the knowledge of the effect of the endwall boundary layer removal on the secondary flow along the blade height. At last, using the critical principles of the three-dimensional separation, the topological structures of the flow patterns of the body surfaces and the separation configurations were discussed in detail. The results show that the largest reduction of the total loss can be achieved when the suction slot is near the suction side. The topological structure as well as the separation configuration varies due to boundary layer removal, which restrains the flow separation at the corner and delays or depresses the separation on the suction surface. Compared with the original cascade, the cascade with the endwall boundary layer removal has a higher blade loading along the most span. Furthermore the flow loss decreases and distributes uniformly along the span.
Experiments of shock-wave/turbulent boundary layer interaction were conducted by using a supersonic wind tunnel. Nominal Mach number was varied in the range of 1.6 to 3.0 by means of different nozzles. The objective of the present study is to investigate the effects of boundary layer suction on normal shock-wave oscillations caused by shock wave/boundary layer interaction in a straight duct. Two-dimensional slits were installed on the top and bottom walls of the duct to bleed turbulent boundary layer flows. The bleed flows were measured by an orifice. The ratio of the bleed mass flow to main mass flow was controlled below the range of 11 per cent. Time-mean and fluctuating wall pressures were measured, and Schlieren optical observations were made to investigate time-mean flow field. Time variations in the shock wave displacement were obtained by a high-speed camera system. The results show that boundary layer suction by slits considerably reduce shock-wave oscillations. For the design Mach number of 2.3, the maximum amplitude of the oscillating shock-wave reduces by about 75% compared with the case of no slit for boundary layer suction.
The objective of the present study is to investigate the effects of the various inlet boundary layer thickness on convective heat transfer distribution in a turbine cascade endwall and blade suction surface. In addition, the proper height of the boundary layer fences for various inlet boundary layer thickness were applied to turbine cascade endwall in order to reduce the secondary flow, and to verify its influence on the heat transfer process within the turbine cascade. Convective heat transfer distributions on the experimental regions were measured by the image processing system. The results show that heat transfer coefficients on the blade suction surface were increased with an augmentation of inlet boundary layer thickness. However, in a turbine cascade endwall, magnitude of heat transfer coefficients did not change with variation of inlet boundary layer thickness. The results also present that the boundary layer fence is effective in reducing heat transfer on the suction surface. On the other hand, in the endwall region, boundary layer fence brought about the subsidiary heat transfer increment.
Experimental study was performed to investigate the flow behavior in boundary layer on the blade suction surface of a multi-stage axial flow compressor, which was focused on the third stage of the 4-stage Low Speed Research Compressor. Flow measurements in the boundary layer were obtained using a boundary layer hot wire probe, which was traversed normal to the blade suction surface at small increments by the probe traverse specially designed. Detailed boundary layer flow measurements covering most of the stator suction surface were taken and are described using time mean and ensemble averaged velocity profiles. Amplitude of the velocity fluctuation and turbulence intensity in the boundary layer flow are also discussed. At midspan, narrow but strong wake zone due to passing wake disturbances is generated in the boundary layer near the blade leading edge for the rotor blade passing period. Corner separation is observed at the tip region near the trailing edge, which causes to increase steeply the boundary layer thickness.
A numerical model is constructed to simulate the interactions of oblique shock wave / turbulent boundary layer on a strongly heated wall. The heated wall temperature is two times higher than the adiabatic wall temperature and the shock wave is strong enough to induce boundary layer separation. The numerical diffusion in the finite volume method is reduced by the use of a higher order convection scheme(UMIST scheme) which is a TVD version of QUICK scheme. The turbulence model is Chen-Kim two time scale model. The comparison of the wall pressure distribution with the experimental data ensures the validity of this numerical model. The effect of strong wall heating enlarges the separation region upstream and downstream. In order to eliminate the separation, wall suction is applied at the shock foot position. The bleeding slot width is about same as the upstream boundary layer thickness and suction mass flow is 10% of the flow rate in the upstream boundary layer. The final configuration of the shock reflection pattern and the wall pressure distribution approach to the non-viscous value when wall suction is applied.
International Journal of Aerospace System Engineering
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제2권1호
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pp.6-11
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2015
An active flow control technique using blowing and distributed suction on low Reynolds airfoil is investigated. Simultaneous blowing and distributed suction can recirculate the jet flow mass, and reduce the penalty to propulsion system due to avoiding dumping the jet mass flow. Energy is injected into main flow by blowing on the suction surface, and the low energy boundary flow mass is removed by distributed suction, thus the flow separation can be successfully suppressed. Aerodynamic lift to drag ratio is improved significantly using the flow control technique, and the energy consumption is quite low.
A direct numerical simulation of a spatially-developing turbulent boundary layer is performed to examine the characteristics of wall pressure fluctuations after the sudden application of wall blowing or suction. The uniform blowing or suction is given by the wall-normal velocity through a spanwise slot at the wall. The response of wall pressure fluctuations to uniform blowing or suction is analyzed by computing the turbulence statistics and frequency spectra. It is found that wall pressure fluctuations are more affected by blowing than by suction. The large elongated structure of wall pressure fluctuations is observed near the maximum location of $(p_w)_{rms}$ for blowing. The convection velocities for blowing increase with increasing the streamwise location after the slot. For both blowing and suction, the small scale of wall pressure fluctuations reacts in a short downstream distance to the spanwise slot, whereas the large scale recovers slowly in a farther downstream.
본 연구에서는 발전용 터빈 제 1 단 동익 흡입면에서 발달하는 경계층유동에 대하여 체계적으로 연구하였다. 이를 위해 흡입면에서 열부하가 급격하게 변화하는 대표적인 영역에 대하여, 경계층의 평균 유속, 난류강도, 에너지스펙트럼 등을 측정하였다. 그 결과 흡입면 경계층유동이 층류에서 난류 경계층으로 천이됨을 확인할 수 있었고, 이 천이경로는 박리버블의 전단층에서 주로 발생하는 박리유동 천이로 확인되었다. 흡입면에서 열부하의 최소값이 존재하는 곳은 흡입면 경계층유동의 천이가 시작되는 위치에 해당하며, 열부하가 최대인 곳은 박리유동 천이가 모두 마무리되어 벽근처에 강력한 난류유동이 존재하는 곳과 일치하였다. 에너지스펙트럼의 측정을 통하여, 흡입면 경계층의 박리유동 천이 전후에 나타나는 난류운동에너지의 주파수 특성을 자세히 파악할 수 있었다.
The characteristics of steady two-dimensional laminar boundary layer flow of a viscous and incompressible fluid past a moving wedge with suction or injection are theoretically investigated. The transformed boundary layer equations are solved numerically using an implicit finite-difference scheme known as the Keller-box method. The effects of Falkner-Skan power-law parameter (m), suction/injection parameter ($f_0$) and the ratio of free stream velocity to boundary velocity parameter (${\lambda}$) are discussed in detail. The numerical results for velocity distribution and skin friction coefficient are given for several values of these parameters. Comparisons with the existing results obtained by other researchers under certain conditions are made. The critical values of $f_0$, m and ${\lambda}$ are obtained numerically and their significance on the skin friction and velocity profiles is discussed. The numerical evidence would seem to indicate the onset of reverse flow as it has been found by Riley and Weidman in 1989 for the Falkner-Skan equation for flow past an impermeable stretching boundary.
This paper is concerned with the effect of cylinder wakes upstream on blade characteristics of compressor cascade(NCA 65 series). At first, it is found that the velocity defect ratio of cylinder wake varies according to the acceleration and deceleration in a flow field but, is conserved nearly constant at flow downstream the cascade, irrespective of the flow path in the cascade. When a cylinder wake flows along near the suction surface of the blade, or impinges on the leading edge, the turbulent velocities are supplied on or inside the outer edge of boundary layer near the leading edge of suction surface, and the transition to a transitional or turbulent boundary layers is induced, so that the laminar separation is prevented, but the profile loss increases. The transition of boundary layer to a transitional or turbulent one is strongly related with the strength of added turbulent velocities near the leading edge on the suction surface, which is influenced by the flow path of a cylinder wake.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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