International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권1호
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pp.140-149
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2011
For a certain operating point of a horizontal shaft bulb turbine (i.e. volume flow, net head, blade angle, guide vane angle) the efficiency for different pressure levels (i.e. different Thoma-coefficient ${\sigma}$) is calculated using a commercial Computational Fluid Dynamics (CFD-)-code including two-phase flow and a cavitation model. The results are compared with experimental results achieved at a closed loop test rig for model turbines. The comparison of the experimentally and numerically obtained efficiency and the visual impression of the cavitation show a good agreement. Especially the drop in efficiency is calculated with satisfying accuracy. This drop in efficiency in combination with the visual impression is of high practical importance since it contributes to determine the admissible cavitation in a bulb-turbine. It is seen that the incipient cavitation in Kaplan type turbines has no major importance in determing this admissible amount of cavitation.
In this study, a linearized super-cavitation theory was applied in order to analyse the performance of the 2-dimensional foils. For flat plate with non-thickness, the numerical results correlated very well with Nishiyama's theoretical results for closed cavitation model. For plano-convex section, the numerical results correlated very well with Wade's experimental data. The new lifting surface procedure, developed and validated in this study, is generally considered applicable to the performance analyses of the super-cavitating propeller and trans-cavitating propeller.
In order to investigate the influence of thru holes near leading edge of model propeller on cavitation behavior, a model propeller with thru holes was manufactured and tested at Large Cavitation Tunnel (LCT). The pressure distribution around the thru hole on propeller blade was numerically calculated to help understand the local flow characteristics related to cavitation behavior. The model propeller is a five bladed propeller which has 2 blades with thru holes and 3 blades with smooth surface. The cavitation observation tests were conducted at angles of $0^{\circ}$ & $6^{\circ}$ using an inclined-shaft dynamometer in LCT. There are big difference on the suction side cavitation behavior each other due to the existence of thru hole. While the blades with thou holes start generation of the sheet cavitation from the leading edge on the suction side, the blades with smooth surface generate the cloud cavitation from the mid-chord. Cavitation on the blades with thru holes shows more similar behavior to those of the full-scale propeller of which the pipe line for air injection is closed. The numerical analysis result shows that the sharp pressure drop occurs around thru holes on the blade. Consequently, the thru hole around leading edge stimulates the cavitation occurrence and stabilizes the cavitation behavior. Based on these results, the effect of thru holes on propeller cavitation behavior behind a model ship should be studied in the future.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제10권3호
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pp.188-196
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2017
The objective of this paper is to investigate the flow-induced vibration of a flexible hydrofoil in cavitating flows via combined experimental and numerical studies. The experiments are presented for the modified NACA66 hydrofoil made of POM Polyacetate in the closed-loop cavitation tunnel and the numerical investigations are performed using a hybrid coupled fluid structure interaction model. The results showed that with the decreasing of cavitation number, the vibration magnitude increases dramatically for the cloud cavitation and declines for the supercavitation. The cloud cavitation development strongly affects the vibration response, with the main frequency of the vibration being accordance with the cavity shedding frequency and other two frequencies corresponding to the bending and twisting frequencies.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제3권2호
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pp.113-121
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2010
LES(Large Eddy Simulation) with a cavitation model was performed to calculate an unsteady flow for a mixed flow pump with a closed type impeller. First, the comparison between the numerical and experimental results was done to evaluate a computational accuracy. Second, the torque acting on the blade was calculated by simulation to investigate how the cavitation caused the fluctuation of torque. The absolute pressure around the leading edge on the suction side of blade surface had positive impulsive peaks in both the numerical and experimental results. The simulation showed that those peaks were caused by the cavitaion which contracted and vanished around the leading edge. The absolute pressure was predicted by simulation with -10% error. The absolute pressure around the trailing edge on the suction side of blade surface had no impulsive peaks in both the numerical and experimental results, because the absolute pressure was 100 times higher than the saturated vapor pressure. The simulation results showed that the cavitation was generated around the throat, then contracted and finally vanished. The simulated pump had five throats and cavitation behaviors such as contraction and vanishing around five throats were different from each other. For instance, the cavitations around those five throats were not vanished at the same time. When the cavitation was contracted and finally vanished, the absolute pressure on the blade surface was increased. When the cavitation was contracted around the throat located on the pressure side of blade surface, the pressure became high on the pressure side of blade surface. It caused the 1.4 times higher impulsive peak in the torque than the averaged value. On the other hand, when the cavitation was contracted around the throat located on the suction side of blade surface, the pressure became high on the suction side of blade surface. It caused the 0.4 times lower impulsive peak in the torque than the averaged value. The cavitation around the throat caused the large fluctuation in torque acting on the blade.
본 연구에서는 서산등과 Nishiyama등이 제시한 특이점 분포법에 의한 기초식 을 비선형으로 해석하기 위하여 익과 유한한 길이의 캐비티의 자유유선에 용출, 와, 이중용출 등의 특이점을 분포시켜서 수퍼캐비테이션을 발생시키는 익열의 유동장을 지 배하는 비선형의 적분방정식을 복소포텐셜로 나타내고 경계 요소법을 이용하여 수치계 산함으로써 수퍼비테이션익열의 유동에서의 수력특성을 구하는 데 있다.
The injection nozzle of an electro-hydraulic injector is being opened and closed by movement of a injector's needle which is balanced by pressure at the nozzle seat and at the needle control chamber, at the opposite end of the needle. In this study, the effects of needle movement in a piezo-driven injector on unsteady cavitating flows behavior inside nozzle were investigated by cavitation numerical model based on the Eulerian-Lagrangian approach. Aimed at simulating the 3-D two-phase flow behavior, the three dimensional geometry model along the central cross-section regarding of one injection hole with real design data of a piezo-driven diesel injector has been used to simulate the cavitating flows for injection time by at fully transient simulation with cavitation model. The cavitation model incorporates many of the fundamental physical processes assumed to take place in cavitating flows. The simulations performed were both fully transient and 'pseudo' steady state, even if under steady state boundary conditions. As this research results, we found that it could analyze the effect the pressure drop to the sudden acceleration of fuel, which is due to the fastest response of needle, on the degree of cavitation existed in piezo-driven injector nozzle.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제6권4호
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pp.206-212
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2013
Self-excited pulse jet is a specific nozzle with a closed chamber which can change a continuous jet into a pulse one. Energy of the pulse jet can be output not only unevenly but also with multifrequency. With the peak pressure of pulse jet, the hitting power would be 2~2.5 times higher than that of continuous jet. In order to reveal the correlation between the self-excited pulse frequency and nozzle diameter ratio, nozzle spacing and operating pressure, the model of 3D unsteady cavitation model has been used. We found that with the same nozzle structure parameters and the different operating pressure, the self-excited frequency and the width of peak crest are different, but the wave profiles are similar. With FFT, we also found that the less bandwidth of amplitude in low frequency range will lead to the wider wave crest of outlet velocity in its time domain, and the larger force of the strike will be gained. By studying the St of self-excite nozzle, not only the frequency of a certain nozzle can be predicted, but also a nozzle structure with a certain frequency can be designed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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