The eddy viscosity turbulence models were applied to predict the flows through a cascade, and the prediction performances of turbulence models were assessed by comparing with the experimental results for a controlled diffusion(CD) compressor blade. The original $\kappa-\omega$ turbulence model and $\kappa-\omega$ shear stress transport(SST) turbulence model were used as two-equation turbulence model which were enhanced for a low Reynolds number flow and the Baldwin-Lomax turbulence model was used as algebraic turbulence model. Farve averaged Wavier-Stokes equations in a two-dimensional, curvilinear coordinate system were solved by an implicit, cell-centered finite-volume computer code. The turbulence quantities are obtained by lagging when the men flow equations have been updated. The numerical analysis was made to the flows of CD compressor blade in a cascade at three different incidence angles (40. 43.4. 46 degrees). We found the reversion in the prediction performance of original $\kappa-\omega$ turbulence model and $\kappa-\omega$ SST turbulence model when the incidence angie increased. And the algebraic Baldwin-Lomax turbulence model showed inferiority to two-equation turbulence models.
A sea water source cascade heat pump was designed and tested in this study. The system was designed to perform a single stage operation in summer, as well as a cascade operation in winter to ensure the high temperature lift. A steady-state simulation model was developed to analyze and optimize its performance. The simulation results show that the R717 exhibits best performance among combinations considered in this study. A R410A also exhibits the highest performance among HFCs with the smallest compressor displacement. A 15-RT R410A-R134a pilot system was installed in the 5-story commercial building at Samcheok City by the East Sea. A scroll type R410A compressor, a reciprocating type R134a compressor, plate type condenser/evaporator/ cascade heat exchanger and two electronic expansion valves were used to build a pilot. A titanium plate type heat exchanger is also used for the heat exchanging with a sea water. The heat source/sink water is supplied from the well below the seashore in the depth of 5 m. In the initial test of the system, supply water temperature was rising up to $67^{\circ}C$ using a sea water heat source of $9^{\circ}C$, while an ambient temperature was $4.5^{\circ}C$.
2차원, 3차원 비압축성 Navier-Stokes 방정식을 이용하여 DCA 압축기 익렬의 수치해석을 수행하고, 여러 가지 입사각에 대해 실험치와 비교.검토하였다. SIMPLE 알고리즘을 적용한 2차원, 3차원 코드는 대류항의 이산화에 하이브리드 도식을, 집중격자기법을 사용할 때 발생할 수 있는 압력진동해를 방지하기 위하여 PWIM을 사용하였다. 캐스케이드 유동을 예측하는데 있어서 가장 중요한 요소 중의 하나가 난류모델링이다. 이는 캐스케이드 내의 유동이 역압력구배에 의한 박리와 재부착 등의 복잡한 양상을 보이기 때문이다. 본 연구에서는 계산시간의 효율성을 고려해 $\kappa$-$\varepsilon$ 벽법칙 모델을 사용하였다.
A numerical analysis based on two-dimensional and three-dimensional incompressible Navier-Stokes equations has been carried out for double-circular-arc (DCA) compressor cascades. Two types of double-circular-arc cascades were used in this analysis. The appropriate turbulence model for compressor analysis was selected among the conventional turbulence models such as Baldwin-Lomax, k-$\varepsilon$ and k-$\varepsilon$ models. The results of current study were compared with available experimental data at various incidence angles. The 2-D and 3-D computational codes based on SIMPLE/PWIM algorithm for collocated grid and hybrid scheme for the convective terms were the main features of numerical tools. As commonly known, turbulence modeling is very important for the prediction of cascade flows, which are extremely complex with separation and reattachment by adverse pressure gradient. For selection of turbulence model, 2-D analysis was performed. And then, k-$\varepsilon$ turbulence model with wall function chosen as the reasonable turbulence model for 3-D calculation was used to increase the efficiency of computation times. A reasonable result of 3-D flow pattern passing through the double-circular-arc cascade was obtained.
In this paper the CSCM type upwind flux difference splitting Navier-Stokes method has been applied to study the ARL-SL19 supersonic/transonic compressor cascade flow. H-type grid was chosen for its simplicity in applying cyclic tridiagonal matrix algorithm along with conventional slip/no-slip boundary conditions. The thin-layer algebraic model of Baldwin-Lomax was employed for the calculation of turbulent flows. The test case inlet Mach No. was 1.612 and inlet/exit pressure ratio($P_2/P_1$) was 2.15. The results were compared with experimental results from current method were compared well in suction surface with the experiments and other computational results; however, not well in pressure surface. It might be due to the complex flowfields such as shock/boundary layer interaction, turbulence, and flow separation, etc. In the future, a proper turbulence modelling and adaptive grid system will be studied to improve the solution quality.
An accelerating flow field through a compressor cascade is studied numerically by unsteady computational simulation. The two-dimensional Navier-Stokes equations for compressible flow is used for the study of unsteady high incidence angle flow, with preconditioning scheme to cover the wide range of Mach number and $\kappa-\omega$ model for the turbulent viscous flow analysis. A DCA(double circular arc) compressor blade is accelerated artificially in this study to understand the unsteady effect by comparing the present results with the existing steady-state experimental and computational results. Also, the accelerating flow field during the starting phase of gas turbine is studied with actual experimental data for the understanding of flow field and performance characteristics at off-design condition.
Heat pump systems have been widely adopted in buildings for cooling and heating, due to their higher energy efficiency. Recently, the demand for hot water supply from the heat pump system has been increasing. To increase the water supply temperature with higher system efficiency and reliability, a heat pump water heater adopting cascade cycle was investigated in this study. The cascade heat pump water heater consisted of a low-stage cycle using R410A, and a high-stage cycle using R134a. A simulation program for the cascade heat pump water heater was developed, and verified by comparison with experimental data. The performance of the cascade heat pump water heater was optimized, by varying the compressor rotating speeds of the low- and high-stage cycles. At low ambient temperatures, the performance of the cascade cycle was compared with that of the single-stage cycle. The system efficiency of the cascade cycle was higher than that of the single-stage cycle, showing a lower compression ratio and compressor discharge temperature.
It is estimated that only heating and cooling take about one third of the total energy consumption worldwide. However, the conventional heating and cooling systems have low efficiencies. Also, boilers and electric heaters that are mostly used to generate both domestic and industrial hot water are inefficient and high energy consumers. For this reason, cascade heat pumps which are known to be very energy efficient and have less environmental impact are being promoted to replace conventional heating, cooling and hot water systems. In this study, a newly designed cascade heat pump by two-stage water heating method has been experimentally investigated. By adopting the auxiliary heat exchanger, the performance of the system was increased. The performance enhancement rate of the system could be maximized by adjusting the low stage compressor speed rather than the high stage compressor speed. The performance of the system with the auxiliary heat exchanger was enhanced by 16.5%.
The purpose of this study is to investigate the field Operation Characteristics of a sea water heat source cascade heat pump system and system applicable to Building. Cascade heat pump system is composed R410A compressor, R134a compressor, EEV, cascade heat exchanger, Plate heat exchanger etc. Building area is $890m^2$ and has five floors above ground. R410A is used for a low-stage working fluid while R134a is for a high-stage. The system could runs at dual mode. One is mode of general R410A refrigeration cycle in summer and the other is cascade cycle. In order to gain a high temperature supply water in winter season, the system is designed to perform a cascade cycle. The filed test results show that the sea water heat source heat pump system exhibits a COP of about 5.5 in cooling mode along with a heating COP of about 4.0 in 1-stage heating mode. Cascade 2-stage heat pump system is enough to supply $60^{\circ}C$ water and heating COP is about 3.0
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[게시일 2004년 10월 1일]
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