The present study investigates in detail the combined effects of the Coriolis force and centrifugal force on the development of turbulent flows in a square-sectioned U-bend rotating about an axis parallel to the center of bend curvature. When a viscous fluid flows through a curved region of U-bend, two types of secondary flow occur. One is caused by the Coriolis force due to the rotation of U-bend and the other by the centrifugal force due to the curvature of U-bend. For positive rotation, where the rotation is in the same direction as that of the main flow, both the Coriolis force and the centrifugal force act radially outwards. Therefore, the flow structure is qualitatively similar to that observed in a stationary curved duct. On the other hand, under negative rotation, where these two forces act in opposite direction, more complex flow fields can be observed depending on the relative magnitudes of the forces. Under the condition that the value of Rossby number and curvature ratio is large, the flow field in a rotating U-bend can be represented by two dimensionless parameters : $K_{TC}$ =Re $\sfrac{1}{4}$√λand a body force ratio F=λ/Ro. Here, $K_{TC}$ has the same dynamical meaning as $K_{TC}$ =Re√λ for laminar flow.
The present study investigates in detail the combined effects of the Coriolis and centrifugal farce on the development of laminar flows in a square-sectioned U-bend rotating about an axis parallel to the center of bend curvature. When a viscous fluid flows through a rotating curved region, two types of secondary flow occur. One is caused by the Coriolis force due to the rotation of U-bend and the other by the centrifugal farce due to the curvature of U-bend. When the values of Rossby number and curvature ratio are large, the flow field in a rotating U-bend can be represented by two dimensionless parameters ; the Dean number K$\_$LC/=Re/√λ and a body ratio F=λ/Po. For positive rotation, where the rotation is in the same direction as that of the main flow, both the Coriolis force and the centrifugal force act radially outwards, the directions of the two secondary flows are the same. Therefore, the flow structure is qualitatively similar to that observed in a stationary curved duct with a larger f7c. On the other hand, in case of negative rotation, where two farces act in opposite direction, more complex flow fields can be observed depending on the relative magnitudes of the forces.
원심압축기에서 볼류트는 임펠러와 디퓨저를 통해 나온 유동을 모아주는 역할을 한다. 압축기의 운전점에 따라 볼류트 내부 발생하는 와류의 세기나 패턴이 달라진다. 압축기 설부에서는 압축기의 운전점에 따라 재유입 유동의 특성이 변화하고, 이러한 특성은 압축기의 성능 및 탈설계점에서의 특성을 이해하는데 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 PIV를 이용하여 압축기의 운전점에 따라 볼류트 내부에 발생하는 스크롤 와류를 측정하였으며, 압축기 설부 근처에서 유동장을 측정한 결과 유량계수가 감소할수록, 설부 측에 발생하는 박리영역이 줄어들고 압축기로 재유입되는 유동이 커지는 것을 알 수 있다.
In many practical applications of the centrifugal fan, the impeller-diffuser interaction noise is considered as a main source of fan noise. The housing for an electric motor is also expected to play an important role on noise propagation because of its complicated configuration. This study investigates the impeller-diffuser interaction noise and its sources by computing three-dimensional, incompressible flow field of the centrifugal fan in motor housing. The effect of motor case on fan noise characteristic is then investigated using the Brinkman penalization method, while the noise source associated with impeller-diffuser interaction is mathematically modeled. It is found that the present methodology combined with mathematical description of noise source provides a fairly good agreement with the experimental results, indicating that the motor housing has significant effect on noise characteristics. Finally, aeroacoustic noise prediction for various impeller-diffuser blade count ratios is conducted for noise reduction.
This paper presents modelling and analyzing method of centrifugal chiller which has a rated capacity of 200 RT(703 kW) through on-site performance test. Field data of chiller installed in the clean-room building of KIST have been collected, Simple models were developed for predicting the heat exchangers and system performances by regression of chiller operation data during 5 days in August. The models proposed here account for the effect of variations of cooling capacity, temperatures and flow rates of secondary fluids. The models are consistent with real performance data from June to September within ${\pm}5%$ error. The COP of centrifugal chiller are estimated under the standard rating conditions and reduced mass flow rate of chilled and cooling water.
The present work is aimed at investigating an unusual variation in flow and performance characteristics of a small propeller fan at low flow rates. A performance test of the fan showed dual performance characteristics, i.e., radial type characteristics at low flow rates and axial type at high flow rates. Dual performance characteristics of the fan are numerically investigated using viscous flow calculations. The Finite Volume Method is used to solve the continuity and Navier-Stokes equations in the flow domain around a fan. The performance parameters and the circumferentially averaged velocity components obtained from the calculations are compared with the experimental results. Numerical values of the performance parameters show good agreement with the measured values. The calculation simulates the steep variations of performance parameters at low flow rates and shows the difference in the flow structure between high and low flow rates. At a low flow coefficient of $\Phi$=0.2, the flow enters the fan in an axial direction and is discharged radially outward at its tip, which is much like the flow characteristics of a centrifugal fan. The centrifugal effect at low flow rates makes a significant difference in performance characteristics of the fan. As the inlet flow rate increases, flow around the fan changes into the mixed type at $\Phi$=0.24 and the axial discharge at $\Phi$=0.4.
A centrifugal compressor was tested with three different diffusers with plate vanes. The vane inlet angle was varied from 15 to 30 dog. The higher static pressure rises are obtained with lower vane stagger angle. In the stable region the static pressure field in vaneless space is very sensitive to flow rate. The impeller has a stabilizing effect over the whole stable operating range. The diffuser has a stabilizing effect at high flow rate but is destabilizing at low flow rate.
How is the flow in a rotating impeller. About 35 years have passed since one experimentalist rotating with the impeller. of a huge centrifugal blower made the flow measurements using a hot-wire anemometer (Fowler 1968). Optical measurement methods have great advantages over the intrusive methods especially for the flow measurement in a rotating impeller. One is the optical flow visualization (FV) technique (Senoo, et al., 1968) and the other is the application of laser velocimetry (LV) (Hah and Krain, 1990). Particle image velocimetries (PIVs) combine major features of both FV and LV, and are very attractive due to the feasibility of simultaneous and multi-points measurements (Hayami and Aramaki, 1999). A high-pressure-ratio transonic centrifugal compressor with a low-solidity cascade diffuser was tested in a closed loop with HFC134a gas at 18,000rpm (Hayami, 2000). Two kinds of measurement techniques by image processing were applied to visualize a flow in the compressor. One is a velocity field measurement at the inducer of the impeller using a PIV and the other is a pressure field measurement on the side wall of the cascade diffuser using a pressure sensitive paint (PSP) measurement technique. The PIV was successfully applied for visualization of an unsteady behavior of a shock wave based on the instantaneous velocity field measurement (Hayami, et al., 2002b) as well as a phase-averaged velocity vector field with a shock wave over one blade pitch (Hayami, et al., 2002a. b). A violent change in pressure was successfully visualized using a PSP measurement during a surge condition even though there are still some problems to be overcome (Hayami, et al., 2002c). Both PIV and PSP results are discussed in comparison with those of laser-2-focus (L2F) velocimetry and those of semiconductor pressure sensors. Experimental fluid dynamics (EFDs) are still growing up more and more both in hardware and in software. On the other hand, computational fluid dynamics (CFDs) are very attractive to understand the details of flow. A secondary flow on the side wall of the cascade diffuser was visualized based either steady or unsteady CFD calculations (Bonaiuti, et al.,2002). EFD and CFD methods will be combined to a hybrid method being complementary to each other. Measurement techniques by image processing as well as CFD calculations give a huge amount of data. Then, data mining technique will become more important to understand the flow mechanism both for EFD and CFD.
For the numerical computation of three-dimensional compressible flow field within a blade row in a centrifugal compressor, a quasi 3-dimensional solver which combines a reversible B-B flow and an irreversible H-S flow using finite element methods was developed. In a reversible B-B flow, the governing coordinates are modified in order to be applied to any type of turbomachinery, and two kinds of stream functions are introduced in order to make the Kutta condition exactly satisfied. In an irreversible H-S flow, the changes of entropy in the irreversible governing equations are determined not by empirical source but by the theoretical treatment of dissipation forces. The dissipation forces are obtained from the distribution of shear stresses in the flow passage which are given from the wall shear stresses using the exponential functions. A more accurate quasi-3-dimensional solver is established where the effect of body forces is involved in the non-axisymmetric H-S flow. Some numerical results obtained from authors' previous studies for axial flow machines assure that the present method is able to predict well as long as the flow is subsonic and not under strong viscous effect.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제2권2호
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pp.110-120
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2009
Generally the fluid flows within the centrifugal impeller passage as a decelerating flow with an adverse pressure gradient along the stream wise path. This flow tends to be in a state of instability with flow separation zones on the suction surface and on the front shroud. Hence several experimental attempts were earlier made to assess the efficacy of using boundary layer fences to trip the flow in the regions of separation and to make the flow align itself into stream wise direction so that the losses could be minimized and overall efficiency of the diffusion process in the fan could be increased. With the development of CFD, an extensive numerical whole field analysis of the effect of boundary layer fences in discrete regions of suspected separation points is possible. But it is found from the literature that there have been no significant attempts to use this tool to explore numerically the utility of the fences on the flow field. This paper attempts to explore the effect of boundary layer fences corresponding to various geometrical configurations on the impeller as well as on the diffuser. It is shown from the analysis that the fences located on the impellers near the trailing edge on pressure side and suction side improves the static pressure recovery across the fan. Fences provided at the radial mid-span on the pressure side of the diffuser vane and near the leading edge and trailing edge of the suction side of diffuser vanes also improve the static pressure recovery across the fan.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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