CFD techniques are widely used for the design and development of turbomachinery. The design and performance prediction, evaluation of performace and analysis are all important for the successful development of the machinery. The characteristics of the sturcture and performace of the centrifugal compressor are reviewed for the effective application of CFD techniques. The examples of flow calculations through an impeller and a channel diffuser are presented and phenomenological aspects are discussed. The future research topics of CFD area are also suggested.
It is important requirement to properly evaluate the aerodynamic performance and characteristics during preliminary design of a centrifugal compressor. In this study the centrifugal compressor was calculated for variations of mass flow and blade Mach number by means of single passage steady state. A lot of quantitative performance values were obtained and through the obtained values the aerodynamic performance characteristics of designed impeller and vaned diffuser were investigated. The results were classified by blade Mach number to analyze characteristics and the aerodynamic performance was examined at choke of impeller, diffuser and separation of diffuser.
Dynamic forces due to mechanical and hydraulic related causes are always exerted on operating turbomachinery such as centrifugal pumps. To ensure the safety and the reliability of the pump. the magnitudes of the vibration must be kept within an acceptable limit. The focus of this paper is on the identification of the vibration behavior and the quantitative analysis of the hydraulic excitation forces. As the structure becomes more complex finite element analysis is essential to accurately predict the vibration characteristics and the excitation forces, This paper presents an experimental and analytical technique to find and solve to vibration problems in double volute double suction centrifugal pump. Measured vibration data due to the dynamic forces are presented and individual causes are identified, finally excitation forces of the pump are inversely estimated at each frequency on operating conditions.
Recently, according to the trend of small size in scale and high speed in rotation of turbomachinery, very low specific speed centrifugal pump is taking a growing interest because the pump is characterized by high head and low flow rate with convenience of manufacturing and maintenance compared with conventional positive displacement pump. However, the efficiency of the very low specific speed centrifugal pump drops rapidly with the decrease of specific speed. The purpose of this study is nor only to examine the influence of casing type on the performance of centrifugal pump in the range of very low specific speed but also to determine the proper casing type for the improvement of pump performance. The results show that circular casing is suitable for the centrifugal pump in the range of very low specific speed and the influence of impeller configuration on the pump performance is very small. Radial thrust in the circular and volute casings is considerably small in the range of very low specific speed.
The non-uniform pressure generated in the volute generally are propagating upstream. As a result, outlet conditions of rotaing impeller are changed and the performance degrades. The major object of this research is to develop the numerical method which can calculate the effects of impeller and volute flow field interactions. Under the assumption of steady three-dimensional incompressible turbulent flow, the time averaged N-S equations involving $k-{\epsilon}$ turbulent model was solved by the F.V.M. To verify the computational method, the calculations are compared with experimental results published in literature and show satisfactory agreement with them, The three-dimensional flow characteristics within the volute of a centrifugal fan at design and off-design operating points have also been studied.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권3호
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pp.324-333
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2011
Phase resonance in a centrifugal compressor was experimentally observed and simulated with a commercial CFD code. It was found that pressure fluctuation at the volute outlet becomes the maximum when the rotational speed of the modes caused by the rotor-stator interaction agrees with the sound velocity. A simple one-dimensional theory is presented to explain the phase resonance in turbomachinery.
A centrifugal compressor for geothermal heat pump system using R134a as working fluid has been developed. The centrifugal compressor consists of an impeller with splitters, two vaneless diffuser, a low solidity vaned diffuser and a volute. In this compressor, diffuser blade angles are controlled to satisfy both heating and cooling conditions. A aerodynamic design was done by applying the repeating design procedure including a meanline design, a 3D geometry generation and fluid dynamic calculation. In this paper, design and performance prediction results of the compressor are presented.
The feasibility of an oil-free, motor-driven, two-stage centrifugal compressor supported by air bump bearings is investigated. This centrifugal compressor is driven by a 75 kW motor at an operating speed of 39,000 RPM, and a pressure ratio of the compressor is set up to 4. The analysis is performed by using bearing equilibrium position, heaving stillness, Campbell diagram, unbalance response, and stability. It is demonstrated in this paper that air bump bearings can be adopted well to an oil-free, motor-driven, centrifugal compressor. Specially, Cu-coated bump bearings have enough damping force to reduce a synchronous unbalance for rigid modes of the two-stage compressor. Futhermore, this concept may be applied to the flexible rotor system such as high speed turbomachinery with a super critical speed.
This study describes the effects of a thrust labyrinth seal applied to the backside of a centrifugal impeller on the axial thrust force for high speed turbomachinery. The bulk flow model using Neumann's equation calculates the seal cavity pressures and leakage flow rate of the thrust labyrinth seal based on three configurations: teeth-on-rotor (TOR), teeth-on-stator (TOS), and interlocking labyrinth seal (ILS). Prediction results show that the ILS is superior to the TOR and TOS in terms of leakage flow rate. A mathematical model of a centrifugal impeller with a thrust labyrinth seal on its backside calculates the force components corresponding to the impeller inlet, shroud, impeller backside outer, backside seal, and backside inner pressures. A summation of the force components renders the total axial thrust force acting on the centrifugal impeller. The Newton-Raphson numerical scheme iteratively calculates the pressures and leakage flow rate through the impeller wall gap. The prediction results reveal that the leakage flow rate and total axial thrust force increase with rotor speed, and the ILS significantly decreases the leakage flow rate, whereas it slightly increases the axial thrust force when compared to TOR and TOS. Increasing the seal clearance causes an increase in the leakage flow rate and a slight decrease in the axial thrust force with the ILS.
한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.233-234
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2003
Fly ash enters axial compressor when a turbomachinery is operated in an adverse environment. We have numerically investigated erosion of the blade and shroud in the turbulent compressor passage flow under the influence of gas-particle two-phase interaction. There have appeared quasi-three dimensional calculations on this subject but not the complete three-dimensional gas-particle interaction as done in the present work. Lagrangian particle tracing technique is used on the base of parallel processing for efficient calculation. Accuracy of the present code is tested using the benchmark lPL nozzle. In the DFVLR compressor blades, we have shown that a large number of particles passing through the tip clearance make impact on the blade tip and on the shroud. Higher degree of erosion is resulted by the heavier particles due to the centrifugal force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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