Kim, Young-Bong;Rhee, Dong-Ho;Lee, Youn-Seok;Cho, Hyung-Hee
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.3
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pp.304-314
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2004
An experimental study has been conducted to measure the temperature fields and the local film cooling effectiveness for two and three staggered rows of the rectangular shaped-holes with various blowing rates. The hydraulic diameter of rectangular-shaped hole is 10mm. To compare with the film cooling performance of rectangular-shaped hole, two kinds of circular holes are tested. One has the same hydraulic diameter as the rectangular hole and the other has the same cross sectional area. Also, rectangular holes with expanded exit with same inlet area as rectangular ones are tested. Temperature fields are measured using a thermocouple rake attached on three-axis traversing system. Adiabatic film cooling effectiveness on the surface are obtained based on experimental results of thermochromic liquid crystals. The film cooling effectiveness is measured for various blowing rates and compared with the results for the cylindrical holes. In case of 2 rows, the rectangular holes has better performance than circular holes due to its slot-like geometry. In case of 3 rows, the effecta of hole shape is not clear.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.05a
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pp.315-320
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2008
This experimental study has been conducted to investigate the effect of the flame holder on the multi-slot film cooling in the ramjet combustor. The turbulent wake which is generated by the flame holder on the entrance of the coolant flow path affects on the slot. Adiabatic film cooling effectiveness on the downstream wall of the slot exit are measured. The results show that the film cooling performance is rapidly decreased after the slot exit by shear layer and high turbulence intensity between separated flows and coolant flows.
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.
A numerical study has been performed for the 2-dimensional film cooling employed in the cooling of hot components such as gas turbines. The flow and heat transfer characteristics are numerically simulated using FLUENT software. Blowing ratios vary from 0.25 to 5.0 and coolant injection angles vary from $15^{\circ}\;to\;60^{\circ}\;in\;15^{\circ}$ increment. The result shows that, for all cases, there exists a blowing ratio which maximizes film cooling effect (measured by the distance from the slot exit to the downstream wall location at which temperature increases to 900 K) for a given injection angle. It is also observed that the film cooling effectiveness decreases when downstream wall is sunk or lifted. The simulation has been performed using both constant properties and temperature dependent variable properties. It is found that the cases with constant properties overestimate the film cooling effect considerably.
Kim, TaeWoo;Kim, JeongJu;Park, Hee Seung;Ju, Won-Gu;Im, Ju Hyun;Cho, Hyung Hee
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.24
no.1
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pp.47-57
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2020
The present study investigates to improve the film cooling performance on the vane endwall. Numerical simulation was conducted to analyze film cooling characteristics on the vane endwall. Six different hole arrangements were designed considering flow characteristics on the endwall. The results showed that the film cooling effectiveness was low on the pressure side and nozzle throat in the base case, because coolant was deflected from the pressure side to the suction side. On the other hand, when the holes were installed near the pressure side, the film cooling effectiveness was enhanced on the pressure side and nozzle throat, because the coolant was less affected by cross flow. Therefore, the film cooling effectiveness increases about 16% compared to the base hole arrangement.
In order to investigate the effects of various injection hole shapes on the film cooling of turbine blade, three test models having cylindrical and shaped holes were used. A three-dimensional Navier-Stokes code with standard k-$\epsilon$ model was used to compute the film cooling coefficient on the film cooled turbine blade. Over 330,000 grids were used to compute the flow over the blade. Mainstream Reynolds number based on the cylinder diameter was $7.1{\times}10^4$. The turbulence intensity kept at $5.0\%$ for all inlets. The effect of coolant blowing ratio was studied for various blowing ratios. For each blowing ratios, wall temperatures around the surface of test model were calculated. Temperature was visualized using cartesian cut-cell method to obtain traces of the injected secondary air on the test surface, so we could interpret the film effectiveness as temperature distributions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.3
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pp.384-393
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2002
The effects of hole expansion angle and the arrangement of nozzles on a film cooling system for a turbine-blade-shaped surface were experimentally investigated. Liquid crystal with flue-temperature correlation and an image processing system were employed to evaluate surface temperature. Distributions of cooling effectiveness were then presented to figure out the change of heat transfer characteristics with different geometric conditions of cooling-holes. It was found thats the averaged cooling efficiency on the suction surface was maximum with 10 degree of the cooling hole expansion angle. It was also shown that the averaged cooling efficiency on the pressure surface and the averaged cooling efficiency for dual array case were not affected by the hole expansion angle.
An experiment has been conducted on the flow and heat transfer characteristics of film coolant injected from a row of five holes with compound angle orientations of 35$^{\circ}$ inclination angle and 45$^{\circ}$ orientation angle. The Reynolds number based on the mainstream velocity and injection hole diameter 3.58${\times}$10$^4$. Three-dimensional velocity, film cooling effectiveness and heat transfer coefficient data are presented at three different mass flux ratios of 0.5, 1.0 and 2.0. Flow entrainment has been found between the vortices generated by adjacent injectants. The injectant with compound angle orientation entrains not only the mainstream boundary layer flow but also the adjacent injectant. Because of the flow entrainment, the injectant. With compound angle orientation is characterized by a single vortex while two bound vortices are usually observed in the case of simple angle injection. The strength of the secondary flow depends strongly on the mass flux ratio, which shows significant influence on the film cooling effectiveness and heat transfer coefficient.
Dispersion of coolant jets in a film cooling flow field is the result of a highly complex interaction between the film cooling jets and the mainstream. In order to investigate the effect of blowing ratios on the film cooling of turbine blade, cylindrical body model was used. Mainstream Reynolds number based on the cylinder diameter was $7.1{\times}10^4$. The effect of coolant flow rates was studied for blowing ratios of 0.7, 0.9, 1.2 and 1.5, respectively. The temperature distribution of the cylindrical model surface is visualized by infrared thermography (IRT). Results show that the film-cooling performance could be significantly improved by the shaped injection holes. For higher blowing ratio, the spanwise-diffused injection holes are better due to the lower momentum flux away from the wall plane at the hole exit.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.9
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pp.1195-1207
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1998
Periodic pulsations in the static pressure near turbine surfaces as blade rows move relative to each other is one of the important sources of turbine unsteadiness. The present experiment aims to investigate the effect of the static pressure pulsations on the interaction of film coolant flows from two rows of staggered holes with mainstream and its effect on film cooling heat transfer. Potential flow pulsations are generated by the rotating shutter mechanism installed downstream of the test section, The free-stream Strouhal number based on the boundary layer thickness is in the range of 0.033 - 0.33, and the amplitude of about 10-20%. Measured are time-averaged and phase-averaged velocity variations, pressure variations and temperature distributions of the flow field. Experimental conditions are identified by boundary layer measurements. Injectant behavior is characterized by the measurements of unsteady pressure in the plenum chamber and free-stream static pressure. The film cooling effectiveness is evaluated from the insulated wall temperature measurement. It has been found that bulk flow pulsation provides very large diffusion of the injectants and the effectiveness is significantly reduced by the flow pulsations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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