A grid generation algorithm associated with turbomachinery cascade flow fields has been developed. The present grid generation system consists of four separate modules. The system input is made of the results of the preliminary design, i.e., flow-path, aerodynamic conditions along the spanwise direction, and the blade profile data. The grid generation method generates a series of two-dimensional grids in the blade-to-blade passage to build up the three-¬dimensional grid, The numerical algorithm adopts the combination of the algebraic and elliptic method to create the internal grids efficiently and quickly. The resultant grids generated from each module of the system are used as the preprocessor for the performance prediction of the turbomachinery blade using Naveir-Stokes method in addition to the blade surface modelling for CAD data. For purposes of illustration, the grid generation system is applied to several complex geometries inculding a turbine rotor with and without a tip flow grid. Application to the blade design of the LP compressor was demonstrated to be very reliable and practical in support of design activities. This customized system are coupled strongly with the design procedure and reduces the man-hours required to predict the aerodynamic performance of the turbomachinery cascades using the CFD technique.
The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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v.16
no.5
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pp.493-503
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1987
The theory of cascade flow analysis for large deflection was suggested lately, but this as-sumed to be incompressible and inviscid, the blades of negligible thickness. In this study, the fluid is assumed to be compressible and inviscide, the blades of given thickness, and using the mean vorticity pannel method the effects of increasing camber angle are analyzed. As the result of this study, it is found that the calculated flow regimes have good agreement with the existing experimented data and other calculation results.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.848-854
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2006
In this study, a computational analysis system has been developed in order to investigate flow-induced vibration(FIV) phenomenon for general stator-rotor cascade configurations. Relative movement of the rotor with respect to stator is reflected by modeling independent two computational domains. Fluid domains are modeled using the unstructured grid system with dynamic moving and local deforming methods. Unsteady, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with one equation Spalart-Allmaras and two-equation SST $k-\omega$ turbulence models are solved for unsteady flow problems. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used flow computing the coupled governing equations of the fluid-structure interaction problem. Detailed FIV responses for different flow conditions are presented with respect to time and vibration characteristics are also physically investigated in the time domain.
Seo, Seoung-Jin;Chen, Xi;Kim, Kwang-Yong;Kang, Shin-Hyung
유체기계공업학회:학술대회논문집
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1998.12a
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pp.42-48
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1998
Numerical study is presented for the analysis of three-dimensional incompressible turbulent flows in multiblade centrifugal fan. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with standard k - $\epsilon$ turbulence model are transformed to non-orthogonal curvilinear coordinates, and are discretized with finite volume approximations. Linear Upwind Differencing Scheme(LUDS) is used to approximate the convection terms in the governing equations. SIMPLEC algorithm is used as a velocity-pressure correction procedure. The computational area is divided into three blocks; core, impeller and scroll, which are linked by multi-block method. The flow inside of the fan is regarded as steady flow, and mathematical formula established from the cascade theory and empirical coefficient are employed to simulate tile flow through the impeller. From comparisons between the computational results and the experimental data, the validity of the mathematical formula for the blade forces was examined and good results were obtained qualitatively. Hence, we can get the flow characteristics of multi-blade centrifugal fan and it will be a corner stone of the development of the multiblade centrifugal fan.
Yim Dongwook;Ahmed N. A.;Lee Myeongho;Milton B. E.
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.619-622
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2002
It has been recognized that the flow in the blade passage of an axial turbomachinery rotor is very complex and is influenced by various flow phenomena, of which the tip leakage flow passing through the gap between rotor blade tip and casing plays a significant role. The losses produced due to the existence of the clearance have been known to be a large contributor of the rotor overall losses. Despite several experimental studies on non-rotating blade in the cascade configuration, and on actual rotating blades, the detailed nature of the complex flow phenomena associated with tip leakage, however, remains largely unresolved. Thus, a single-stage compressor test rig was built and measurements were taken at upstream and downstream of the rotor of this compressor at the aerodynamics laboratory of University of New South Wales. A five-hole probe and a hot-wire probe were used to measure mean and fluctuating flow parameters. The results show that tip leakage losses rise rapidly beyond tip gap of 0.01 Furthermore, the present project also identifies the regions in the wake behind the rotor of the axial compressor where such losses are concentrated. These results should be useful in the better design of rotors for improved performance of axial compressor.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.12
no.2
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pp.1013-1019
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2011
In this paper, simulation works for a multi-stage cascade refrigeration cycle using propane, ethylene and methane as refrigerants have been performed for the liquefaction of natural gas using Peng-Robinson equation of state built-in PRO/II with PROVISION release 8.3. The natural gas feed compositions were supplied from Korea Gas Corporation and the flow rate was assumed to be 5.0 million tons per annual. Supply temperature for propane refrigerant was fixed as $-40^{\circ}C$, that for ethylene refrigerant as $-95^{\circ}C$, and that for methane refrigerant as $-155^{\circ}C$. For the multi-stage refrigeration cycle, three-stage refrigeration was assumed for propane refrigeration cycle, two-stage refrigeration for ethylene refrigeration cycle and three-stage refrigeration for methane refrigeration cycle. Natural gas was finally cooled and liquefied to $-162^{\circ}C$ by Joule-Thomson expansion. Conclusively, 91.71% by mole of the natural gas liquefaction ratio was obtained through a cascade refrigeration cycle and Joule-Thomson expansion and 0.433 kW of compression power was consumed for the liquefaction of 1.0 kg/hr of natural gas.
A pressure-based Navier-Stokes numerical solver was used to compare solutions of the k-ε/RNG k-ε turbulence models. An efficient grid generation scheme, the transient grid generation with full boundary control, was used to solve the flows in the tip clearance region. Results indicate that the calculations using k-ε model captures various phenomena related to the tip clearance with good accuracy.
Seo, Seoung-Jin;Chen, Xi;Kim, Kwang-Yong;Kang, Shin-Hyoung
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.3
no.1
s.6
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pp.19-27
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2000
A numerical study is presented for analysis of three-dimensional incompressible turbulent flows in a multi-blade centrifugal fan. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with a standard $k-{\espilon}$ turbulence model are discretized with finite volume approximations. The computational area is divided into three blocks; inlet core, impeller and scroll parts, which are linked by a multi-block method. The flow inside of the fan is regarded as steady flow, and the mathematical models for the impeller forces were established from a cascade theory and measured data. Empirical coefficients are obtained comparing between computational and experimental results for the case without scroll, and are employed to simulate the flow through the impeller with scroll. In comparisons with experimental data, the validity of the mathematical models for the impeller forces was examined. The characteristics of the flow in the scroll were also discussed.
The design method for transonic turbine blades has been developed based on Wavier-Stokes equations. The present computing process is done on the four separate steps, i.e., determination of the blade profile, generation of the computational grids, cascade flow simulation and analysis of the computed results in the sense of the aerodynamic performance. The blade shapes are designed using the cubic polynomials under the control of the design parameters. Numerical methods for the flow equations are based on Van-Leer's FVS with an upwind TVD scheme on the finite volume. In the present study, numerical simulation has been done to investigate the effects of the design parameters on the aerodynamic peformance of the axial-flow turbine blades. Applications are made to the VKI transonic rotor blades. Computed results are analyzed with respect to four parameters and compared with the experimental data.
A turbine stage consists of a stator and rotor. A stator provides the required inlet flow conditions so that a rotor can produce the necessary power. Passing wakes generated at the trailing edge of a stator make an interaction with a rotor. In the present study, this interaction flow mechanism is investigated using the numerical analysis. In case of the large gap distance between the stator and rotor, the stator and rotor flow analysis can be separated. First, only the stator flow field is solved. Second, the rotor flow field is solved including the passing wake information from the stator analysis. The passing wake experiences the shearing as it approaches to the rotor leading edge. And it is chopped when it strikes the rotor body. After that, the chopped wakes becomes the prolongation as it goes downstream. Also, the aerodynamic characteristics with the variation of the gap distance between a stator and rotor was investigated. Pressure jumps due to the passing wakes result in the pressure and lift loss and it gets stronger with the closer gap distance. This unsteady effect proves to be directly related to the fatigue and noise in turbomachinery and this study would be helpful to investigate such fields.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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