In the present work, design optimization of film-cooling hole array on the pressure side of high pressure turbine nozzle was conducted. There are four rows of fan-shaped film cooling holes on the nozzle pressure side surface and each row has a straight array of holes in the spanwise direction for baseline model. For design optimization, hole distributions in streamwise and spanwise directions for three rows of holes except first row are parameterized as a 2nd-order shape function. Three-dimensional compressible RANS equations are used for flow and thermal analysis around the nozzle surface and optimization technique using Design of Experiment, Kriging surrogate model and Genetic Algorithm is used. The results shows that averaged adiabatic wall temperature at the whole nozzle surface decreases about 2.7% and averaged film cooling effectiveness at the pressure side of nozzle increased about 8.2%.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.9
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pp.903-913
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2011
A numerical study is carried out to analyze the steady three-dimensional turbulent flow through cylindrical and fan-shaped holes and the film cooling of these holes at low and high blowing ratios. Compressible Reynoldsaveraged Navier-Stokes equations and the energy equation are solved using a finite-volume-based solver, and a shearstress transport model is used as the turbulence closure. The effects of the compound angle, pitch to diameter ratio, and lateral expansion angle of the hole on the film-cooling effectiveness are evaluated by the film-cooling effectiveness. It is observed that the compound angle of the hole enhances the film performance for the cylindrical hole, and a small hole pitch induces interactions between the coolants from the adjacent holes, thus reducing the film-cooling performance.
Kim, Ki Ro;Park, Min Jun;Park, Soo Hyung;Lee, Duck Joo;Park, Nam Eun;Im, Dong Kyun
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.5
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pp.376-384
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2018
The aerodynamic far-field noise was computed by an acoustic analogy code using the permeable surface for the UH-1H rotor blade in hover. The permeable surface surrounding the blade was constructed to include the thickness noise, the loading noise, and the flow noise generated from the shock waves and the tip vortices. The computation was performed with compressible three-dimensional Euler's equations and Navier-Stokes equations. The high speed impulsive noise was predicted and validated according to the permeable surface locations. It is confirmed that the noise source caused by shock waves generated on the blade surface is a dominant factor in the far-field noise prediction.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.8
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pp.647-654
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2012
Supercooled large droplet issues in aircraft icing have been continually reported due to the important safety considerations. In order to simulate the impingement behavior of large droplets, a two-dimensional and compressible Navier-Stokes code was developed to determine the flow field around the test model. Also, the Eulerian-based droplet impingement model including a semi-empirical approach for the droplet-wall interaction process and droplet break-up was developed. In particular, the droplet-wall interactions were considered as numerical boundary conditions for the droplet impingement simulation in the supercooled large droplet conditions. Finally, the present results were compared with the experimental test data and the LEWICE results. The droplet impingement area and maximum collection efficiency values between present results and wind tunnel data were in good agreements. Otherwise, the inclination of collection efficiency of the present result is over-predicted than the wind tunnel data around a lower surface of the NACA 23012 airfoil.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.5
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pp.346-354
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2002
The present study is to investigate the propagation characteristics of the impulse waves discharged from the exit of the convergent and divergent pipes. An experiment is carried out using a shock tube with an open end and is compared to the computation of the axisymmetric, compressible, unsteady Euler equations, which are solved by the second-order total variation diminishing (TVD) scheme. For the computational work, several initial compression waves are assumed inside the pipe so that those are the same to the experimental ones of the shock tube. The results show that the peak pressures of the impulse waves discharged from the exit of convergent and divergent pipes decrease with an increase in the wavelength of the initial compression wave. All of the impulse waves have a strong directivity toward the pipe axis, regardless of the exit type of the pipe employed. The impulse waves discharged from the divergent pipe are stronger than those from the straight pipe, while the impulse waves of the convergent pipe are weaker than those from the straight pipe. It is found that the convergent pipe can play a role of a passive control to reduce the peak pressure of the impulse wave. The present computations represent the experimented impulse waves with a good accuracy.
Investigation of leading edge impingement cooling for first stage rotor blades in an aero-engine turbine, its effect on rotor temperature and trailing edge wake loss have been undertaken in this study. The rotor is modeled with the nozzle for attaining a more accurate simulation. The rotor blade is hollowed in order for the coolant to move inside. Also, plenum with the 15 jet nozzles are placed in it. The plenum is fed by compressed fresh air at the rotor hub. Engine operational and real condition is exerted as boundary condition. Rotor is inspected in two states: in existence of cooling technique and non-cooling state. Three-dimensional compressible and steady solutions of RANS equations with SST K-ω turbulent model has been performed for this numerical simulation. The results show that leading edge is one of the most critical regions because of stagnation formation in those areas. Another high temperature region is rotor blade tip for existence of tip leakage in this area and jet impingement cooling can effectively cover these regions. The rotation impact of the jet velocity from hub to tip caused a tendency in coolant streamlines to move toward the rotor blade tip. In addition, by discharging used coolant air from the trailing edge and ejecting it to the turbines main flow by means of the slot in trailing edge, which could reduce the trailing edge wake loss and a total decrease in the blade cooling loss penalty.
Lee, Hyuk;Kim, Young Ju;Byun, Yung Hwan;Park, Soo Hyung
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.6
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pp.477-483
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2016
Velocity profiles of laminar, transition and turbulent boundary layers were investigated by using Particle Image Velocimetry(PIV) measurements on the flat plate at Mach 2.96. The Schlieren visualization and PIV measurements are also used to confirm whether the oblique shock wave generated from the leading edge affects the flow field over the flat plate. The laminar velocity profile measured from the experiment was well matched with the compressible Blasius solution. The velocity profile of the transition boundary layer was well correlated with the theoretical turbulent velocity profile from near the wall and the transition began from Re = $1.41{\times}106$. For the turbulent boundary layer, considering compressibility effects, the Van Driest-transformed velocity satisfies the incompressible log-law. It is found that the log region is extended farther in the wall-normal direction compared to the log region in incompressible boundary layer.
Kim, Tae-Yoon;Kwon, Hyeok-Bin;Lee, Dong-Ho;Kim, Moon-Sang
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.6
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pp.78-83
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2002
A modified patched grid scheme has been developed and employed for and axi-symmetric unsteady Euler solver based on Roe's FDS to analyze the unsteady flow fields induced by a train and a tunnel. On this paper, the innovative zonal method, named hybrid dimensional approach, was proposed and applied to the train-tunnel interaction problems. The basic idea of this method is to maximize the efficiency of numerical calculations by minimal assumption of spatial dimensions. The hybrid dimensional approach, embedded in the present modified patched grid method, yielded high numerical accuracy as much as the fully axe-symmetric method. The hybrid dimensional approach is expected to reduce the huge computation time of the train-tunnel interaction problems especially in the cases of solving a long tunnel.
Park, Ji-Hwan;Bae, Ju-Hyeon;Song, Min-Sup;Myong, Rho-Shin;Cho, Tae-Hwan
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.3
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pp.187-194
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2015
Course correction munition is a smart projectile which improves its accuracy by the control mechanism equipped in the fuze section with canard. In this paper, various aerodynamic configurations of the fuze section were analysed by utilizing a semi-empirical method and a CFD method. A final canard configuration showing the least drag was then determined. During the CFD simulation, it was found that the k-${\omega}$ SST turbulence model combined with O-type grid base is suitable for the prediction of the base drag. Finally, the aerodynamic characteristics of the smart munition and the change of drag due to the canard installation were analysed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.5
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pp.375-384
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2012
This paper presents numerical results comparing the performance of the 2008 Wilcox $\mathcal{k}-{\omega}$ turbulence model to the one of the 1988 Wilcox $\mathcal{k}-{\omega}$ model for supersonic flows. A comparison with experimental data is offered for a shock wave/turbulent boundary layer interaction case and two ramp injector mixing cases. Furthermore, a comparison is performed with empirical correlations on the basis of skin friction for flow over a flat plate and shear layer growth for a free shear layer. It is found that the maximum injectant mass fraction of some ramp injector cases is better predicted using the 1988 Wilcox model. On the other hand, the 2008 model performs better in simulating shock-boundary layer cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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