Recently, the duct system with a cross flow fan was used to improve the ventilation in various industrial fields. For the efficient ventilation, it is necessary to design the duct system based on the flow characteristics around the cross flow fan. In the present study, the flow characteristics around a cross flow fan in the ventilation duct were predicted by using the moving mesh and sliding interface techniques for the rotation of blades. To design the duct system with the high performance of ventilation, the CFD simulations were repeated with the revised duct model based on the DOE. With the numerical results of flow rate through the ventilation duct with various geometric parameters, the optimized geometry of ventilation duct to maximize the flow rate was obtained by using the Kriging approximation method. From the performance curves of cross flow fan in the original and optimized models of ventilation duct, it was observed that the flow rate through the optimized model is about 16 percent larger than that through the original model.
The Canard rotor/wing (CRW) aircraft concepts offer great potential for application by allowing the use of a common propulsion system for high-speed cruise and low-speed powered lift. Using the rotor for lift in both flight modes increases its utility. In the hovering mode, the exhausted gas from an gas turbine engine is accelerated through the duct system and it provides the tipjet power for rotor system enough to lift the aircraft. In the cruise mode, the rotor is fixed and the exhausted gas is extracted through the main nozzle, such that the aircraft is able to flight with high speed. The duct system was designed using 1-D fanno line flow theory and empirical data. However, the empirical data of the pressure loss coefficient for various bending and dividing ducts were not enough to design our duct system adaptively. Therefore, using 3-D CFD analysis we obtained the pressure loss coefficient for our duct models and chose the appropriate bending or diving duct type. In this paper, we used the CFD-ACE+ software package for the CFD analysis and the modeling of duct system. Through the 3-D CFD analysis, we investigated also the pressure loss and the velocity distributions of the designed whole duct system as well as the blade duct. Comparing the 3-D CFD result with 1-D analysis result, we lessened the uncertainty of the designed duct system and speculated the problem that was not concerned in design state.
The objectives of the present study are to develop a systematic method rather than a conventional trial-and-error method for an optimal shape design using a mathematical theory, and to apply it to engineering problems. In the present study, an optimal condition for a minimum pressure loss in a two-dimensional curved duct flow is derived and then an optimal shape of the curved duct is designed from the optimal condition. In the design procedure, one needs to solve the adjoint Navier-Stokes equations which are derived from the Navier-Stokes equations and the cost function. Therefore, a computer code of solving both the Navier-Stokes and adjoint Navier-Stokes equations together with an automatic grid generation is developed. In a curved duct flow, flow separation occurs due to an adverse pressure gradient, resulting in an additional pressure loss. Optimal shapes of a curved duct are obtained at three different Reynolds numbers of 100, 300 and 800, respectively. In the optimally shaped curved ducts, the separation region does not exist or is significantly reduced, and thus the pressure loss along the curved duct is significantly reduced.
Aircraft propulsion systems often use diffusing S-duct to convey air flow from the wing or fuselage intake to the engine compressor, Well designed S-duct should incur minimal total pressure losses and deliver nearly uniform flow with small transverse velocity components at the engine compressor entrance. Reduced total pressure recovery lowers propulsion efficiency and nonuniform flow conditions at the engine face lower engine stall limits. In this study, S-duct which has maximum total pressure recovery and nearly uniform flow profiles at the compressure intake should be found using design optimization methods with 3-dimensional Wavier-Stokes analyses.
본 연구에서 송풍기 덕트 스탠드 구조물의 구조 설계 및 해석을 수행하였다. 대상 구조물은 운송체의 환경 시험 챔버내에 적용되는 풍동의 팬과 송풍기이다. 다양한 하중을 분석하여 송풍기 덕트 스탠드 지지 구조물에 대한 설계를 수행하였다. 분석된 주 하중은 팬에 의한 하중과 토크이다. 또한 모터의 자중과 덕트 무게도 분석하여 구조 하중에 적용되었다. 하중을 분석하여 덕트 스탠드 구조물을 설계하였다. 유한 요소 구조 해석을 통해 구조 설계 결과의 안전성을 평가하였다. 최종 설계 결과의 안전성을 검증하였다.
The accurate distribution of flow rate has been a very important part to control the air change rate since introduction of house ventilation system. An inappropriate selection of fan due to incorrect prediction of pressure loss in duct brings energy loss. In the previous study the pressure loss of general spiral duct was measured and database was constructed for finding correct loss factors in fitting upper stream. The purpose of this study is to compare and investigate the error range of flow rate by applying T-Method to bilateral symmetry and asymmetry layout of duct. The results of this study are as following. It is demanded to decide accurate size under duct design for house ventilation system. Because the small amount of Flow rate was considered at that time. The error range was 3.17% on case1 and 3.52% on case2. The error range difference was 0.35%.
Computational fluid dynamics was used to optimize an A/C duct. Three dimensional flow analysis in an automotive A/C duct was performed computationally using various turbulence models and compared numerical predictions such as outlet flow split, surface pressure distribution along the duct to experimental data. Additionally, we studied the effect of location variation of 2nd branch on exit flow ratio and could find optimal location of 2nd branch. The design of an A/C duct was modeled and calculated to enhance the airflow distribution in each outlet using the STAR-CD computational fluid dynamics software. In results, modified $k-\varepsilon$ turbulence model allows a successful prediction of static pressure distribution particulary at around strong curvature but little improvement flow split. In the future, adoption of CFD to design an A/C duct with modified $k-\varepsilon$ model will bring benefits of producing more accurate prediction, and also give designers more detail information much more than now.
The noises generated from the air-conditioning duct are known to strongly affect the indoor-noises of high speed trains. The acoustic characteristics of an air-conditioning duct should depend on the geometry and shape of the duct. The structural material for Korean high speed train is supposed to be changed from Steel, which was used for TGV, to Aluminum in order to reduce the total train weight. Accordingly, the shape and layout of the air-conditioning duct of Korean high speed train will be different from that of TGV. Thus, this paper introduces a analytical method to predict the noise attenuation through the air-conditioning duct, based on the ISO 7235. In this method, the whole duct is divided into several pieces and the noise attenuations predicted for each duct piece are integrated to get the noise attenuation for the whole duct system. The validity of the method introduced herein is discussed through some numerical tests.
The airflow characteristics of an air-conditioning duct with multiple diffusers were investigated through one-dimensional analysis, CFD simulation and experimental measurement. One-dimensional program based on Bernoulli's equation and minor loss equations was developed in order to evaluate the air distribution rate at each diffuser. In CFD simulation, three-dimensional flow characteristics inside air-conditioning duct were computed for incompressible viscous flow, adopting the RNG k-$\xi$turbulence model. Also, in an effort to equalize the discharge flow rate at each outlet, the optimization procedure has been performed to obtain the optimum diffuser area. In this process, square of difference between maximum discharge rate and minimum discharge rate is used as an object function. Diffuser area and discharge velocity are established as constraints. After optimization process, determined design variables are applied again in CFD simulation and experiment to validate the optimized result by one-dimensional program. Comparison with the experimental data of airflow rate distribution showed that the developed program seems to be acceptable and can be useful design tool for an automotive air-conditioning duct in an initial design stage.
This study analyzed the duct characteristics of hubless rim-driven propeller (RDP) used in underwater robots. In the previous study, flow visualization experiments were performed with an advancing ratio of 0.2 to 1. The vortex at the front of the duct increased in strength while maintaining its size as the advancing ratio decreased. Therefore, it is necessary to study the optimization of the duct shape. Conventional propeller thrusters use acceleration/deceleration ducts to increase their efficiency. However, unlike conventional propellers, it is impossible to apply to airfoil acceleration/deceleration ducts due to the RDP structure. In this study, duct wake flow characteristics, thrust force, and efficiency according to the duct shape of RDP were analyzed using numerical analysis techniques. Duct design is limited and six duct shapes were designed. As a result, an optimized duct shape was designed considering duct wake flow characteristics, thrust force, and efficiency. The shape that the outlet width of the RDP was kept constant until the end of the duct showed higher thrust force and efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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