The aim of this paper is to understand the time averaged pressure distributions in a high-speed centrifugal compressor channel diffuser at design and off-design flow rates. Pressure distributions from the impeller exit to the channel diffuser exit are measured and discussed far various flow rates from choke to near surge condition, and the effect of operating condition is discussed. The strong non-uniformity in the pressure distribution is obtained over the vaneless space and semi-vaneless space caused by the impeller-diffuser interaction. As the flow rate increases, flow separation near the throat, due to large incidence angle at the vane leading edge, increases aerodynamic blockage and reduces the aerodynamic flow area downstream. Thus the minimum pressure location occurs downstream of the geometric throat, and it is named as the aerodynamic throat. And at choke condition, normal shock occurs downstream of this aerodynamic throat. The variation in the location of the aerodynamic throat is discussed.
Centrifugal compressors are widely used and each operating condition is different. However, it cannot be manufactured according to the every operating condition. In the this study, performance of compressor was evaluated with various rotational speeds of impeller and various stagger angles of diffuser in order to apply a typical model widely. A centrifugal compressor was designed and manufactured based on the design point. On this machines, an experiment was conducted and the performance was predicted at off-design point. The performance prediction was validated with the experimental result and the numerical result. Although the isentropic efficiency on the prediction was slightly lower than that on the experimental result due to the heat loss in the experiment, the pressure ratio was predicted well and also the predicted results were matched well with the numerical results. When the rotational speed of the impeller and the stagger angle of the diffuser were changed together, the compressor can be worked in the high efficiency region and avoided operating in the stall region.
본 연구에서는 KSR-III 액체 로켓엔진의 연소특성을 수치적인 방법으로 성능의 예측과 음향불안정성에 대해 해석하였으며 성능 예측에서는 여러 가지 시험조건에서 시험결과와 계산결과를 비교ㆍ검토하였다. 또한 음향불안정성은 KSR-III 액체 로켓에서 대체로 안정한 결과를 보여 주었으나 일부의 탈설계조건에서 압력섭동에 의해 불안정성이 야기될 수 있는 결과를 보였다. 이러한 결과들은 현재의 시험결과와 공학적인 오차범위 내에서 일치하는 경향을 보이고 있으므로 수치적 계산으로 성능 및 음향불안정을 효과적으로 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
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.
This paper describes a 3-phase Line-Interactive APF system and analyzes its operating characteristics considering LC Filter output characteristics. Topology of APF is similar to that of Off-Line UPS in the point of parallelly operating inverter system. So it is possible to be multi-functioned active compensating system according to power condition. Likewise this actively operating system from APF to UPS and vice versa is often to be called Line-Interactive system. And more than that Line-Interactive system needs precise design of LC filter on converter output side to make this system fully operate in both APF and UPS modes. The problem in this point is how to design LC Filter to be contented with two different system characteristics so this paper analyzes this problem and proposes its design procedures. Then suggested filter design is verified to be contented by the simulations and experimental results
액체로켓엔진은 발사 전까지 성능의 입증을 위해 많은 시험을 거친다. 점화 및 시동 조건 설정을 위한 시험이나 정격 조건에서의 성능시험을 통해 설계 성능을 검증한다. 하지만 개발과정에서 여러 작동조건의 시험을 통해 탈설계 조건에서의 성능확인이 필요하며 이는 엔진 개발기간에 영향을 준다. 엔진 내의 제어 밸브의 개도를 변화시키는 엔진 성능 시험과 함께 엔진으로 공급되는 추진제의 조건을 변경시켜 탈설계 성능 시험을 수행한다. 본 논문에서는 나로우주센터에 설치되어 있는 한국형발사체 액체로켓 엔진 시험설비에서 수행된 엔진 시험 운용 결과를 기초로 하고 있으며, 시험 대상체에 공급되는 추진제의 압력과 온도의 변화로 터보펌프의 입구 조건을 변경시키는 탈설계 조건 성능시험을 위한 시험설비 운용에 관한 내용을 기술하였다.
Present paper describes on/off design performance of a 50KW turbogenerator gas turbine engine for hybrid vehicle application. For optimum design point selection, relevant parameter study is carried out. The turbogenerator gas turbine engine for a hybrid vehicle is expected to be designed for maximum fuel economy, ultra low emissions, and very low cost. Compressor, combustor, turbine, and permanent-magnet generator will be mounted on a single high speed (82,000 rpm) shaft that will be supported on air bearings. As the generator is built into the shaft, gearbox and other moving parts become unnecessary and thus will increase the system's reliability and reduce the manufacturing cost. The engine has a radial compressor and turbine with design point pressure ratio of 4.0. This pressure ratio was set based on calculation of specific fuel consumption and specific power variation with pressure ratio. For the given turbine inlet temperature, a rather conservative value of $1100^\circK$ was selected. Designed mass flow rate was 0.5 kg/sec. Parametric study of the cycle indicates that specific work and efficiency increase at a given pressure ratio and turbine inlet temperature. Off design analysis shows that the gas turbine system reaches self operating condition at N/$N_{DP}$ = 0.53. Bleeding air for turbine stator cooling is omitted considering low TIT and for a simple geometric structure. Various engine performance simulations including, ambient temperature influence, surging at part load condition. Transient analysis were performed to secure the optimum engine operating characteristics. Surge margin throughout the performance analysis were maintained to be over 80% approximately. Validation of present results are yet to be seen as the performance tests are scheduled by the end of 1998 for comparison.
Organic Rankine cycle (ORC) has been widely used to convert renewable energy such as solar energy, geothermal energy, or waste energy etc., to electric power. For a small scale output power less than 10 kW, turbo-expander is not widely used than positive displacement expander. However, the turbo-expander has merits that it can operate well at off-design points. Usually, the available thermal energy for a small scale ORC is not supplied continuously. So, the mass flowrate should be adjusted in the expander to maintain the cycle. In this study, nozzles was adopted as stator to control the mass flowrate, and radial-type turbine was used as expander. The turbine operated at partial admission. R245fa was adopted as working fluid, and supersonic nozzle was designed to get the supersonic flow at the nozzle exit. When the inlet operating condition of the working fluid was varied corresponding to the fluctuation of the available thermal energy, optimal operating condition was investigated at off-design due to the variation of mass flowrate.
In this study, a trade-off analysis of a power conversion system (PCS) is performed in accordance with a power semiconductor device to establish the suitable operating frequency range for the anyplace induction heating system. A resonant network is designed under each operating frequency condition to compare and analyze the PCS losses depending on the power semiconductor device. On the basis of the simulation results, the PCS losses and frequency condition are calculated. The calculated results are then used for a trade-off analysis between Si-MOSFET and GaN-HEMT based on PCS. The suitable operating frequency range is determined, and the validity of the analysis results is verified by the experiment results.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제37권3호
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pp.274-281
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2013
The variable demand on the energy market requires a great flexibility in operating hydro turbines. However, Francis turbine operated at off-design conditions poses technical challenges related to large unsteady forces given by residual swirl and angular momentum. In order to improve the performance of a Francis turbine, the paper presents a numerical investigation of the 3D flow in the turbine at off-design conditions and discusses the influence of variable guide vane openings on the internal flow of a Francis turbine with the help of computational fluid dynamics. First, the internal flow characteristics of Francis turbine operated by varied guide vane angle at off design condition are computed and the optimal guide vane angle is obtained. Secondly, the Francis turbine is operated with guide vane number varies at the optimal guide vane angle. Finally, pressure contours and velocity distributions in the distributor are discussed and compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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