Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.5
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pp.424-432
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2011
Shape parameters and design variables for a centrifugal compressor impeller were investigated for optimizing a centrifugal compressor. In order to compare the performance of an optimized impeller with the performance of the original impeller, an already tested impeller was chosen and design variables for optimization were selected. The meridional shapes at the shroud and at the hub were re-designed using the Bezier curve. The camber-lines of the impeller blade at the hub and at the tip were also expressed by the Bezier curve. The shape curves for impeller could be expressed using 6-8 control points. Among them, eight control points which have strong effect to the shape can be selected as design variables for optimization. Therefore, any impeller which is expressed by data points for its shape can be optimized using few design variables.
Kim, Sung;Choi, Young-Seok;Lee, Kyoung-Yong;Kim, Jun-Ho
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.14-24
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2011
In this paper, design optimization for mixed-flow pump impellers and diffusers has been studied using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code and DOE (design of experiments). We also discussed how to improve the performance of the mixed-flow pump by designing the impeller and diffuser. Geometric design variables were defined by the vane plane development, which indicates the blade-angle distributions and length of the impeller and diffusers. The vane plane development was controlled using the blade-angle in a fixed meridional shape. First, the design optimization of the defined impeller geometric variables was achieved, and then the flow characteristics were analyzed in the point of incidence angle at the diffuser leading edge for the optimized impeller. Next, design optimizations of the defined diffuser shape variables were performed. The importance of the geometric design variables was analyzed using $2^k$ factorial designs, and the design optimization of the geometric variables was determined using the response surface method (RSM). The objective functions were defined as the total head and the total efficiency at the design flow rate. Based on the comparison of CFD results between the optimized pump and base design models, the reason for the performance improvement was discussed.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.25
no.1
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pp.43-48
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2013
In this study, the performance of an impeller according to blade length and pitch angle was studied experimentally by building a variable pitch impeller while changing blade length to review the effect of blade length and pitch angle on a fan's performance. The pitch angle was changed in six steps from $20^{\circ}{\sim}45^{\circ}$ at intervals of $5^{\circ}$ while the blade lengths were changed to 90 mm, 100 mm, 110 mm and 120 mm with an identical airfoil shape while carrying out the experiment. The results are summarized as follows: The air flow per static pressure of axial fans increased linearly with increase of pitch angle, but the high static pressure showed a decrease at a pitch angle of $35^{\circ}$. The shaft power increased proportionally to the pitch angle at all blade lengths; the larger the pitch angle, the larger the measured increase of shaft power. This is because the drag at the fan's front increases with the pitch angle. In the axial fans considered in this research, the flow and increase of static pressure amount increased up to a pitch angle of $30^{\circ}$ but decreased rapidly above $35^{\circ}$.
Jung, Yohan;Baek, Je Hyun;Park, Jun Young;Choi, Minsuk
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.16
no.2
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pp.48-53
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2013
This paper presents a numerical investigation of the influence of the blade back sweep angle on the performance and flow characteristics in a centrifugal compressor with a vaneless diffuser. Five impellers with different back sweep angles were tested in the flow simulations. It was found that a low back sweep angle could improve the total-to-total pressure ratio and the work coefficient over whole operating ranges. However, the flow field in an impeller with a low back sweep angle produced a more non-uniform velocity distribution at the impeller exit because the wake region was significantly increased. As a consequence, the impeller with a low back sweep angle caused a low diffuser performance.
Choi, Yoo Jin;Song, Jun Young;Kim, Seung Jo;Kang, Shin Hyung
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.2
no.4
s.5
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pp.31-39
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1999
Using basic shape and aerodynamic data for the designed impeller, basic structure analysis such as stress analysis and eigenvalue analysis was carried out. Also, we made the optimization program that was designed for optimum thickness within the adaptive stress limits. For the structural optimum theory, we used the BFGS(Broydon Fletcher Goldfarb Shanno) Method which is one of the searching methods. Through this program we managed optimization of the blade. For numerical simulation, we used the optimization program to compose Cyclic Module of NASTRAN and the Optimization Program which was implemented by C and fortran language.
The present study is concerned with the flow patterns induced by other impellers in a rectangular tank Impellers are FBT(Flat blade turbine), PBT(Pitched blade turbine), Shroud turbine, Rushton Turbine, and Helical ribbon turbine. The solution of flows in moving reference frames requires the use of 'moving' cell zone. The moving zone approaches are MRF(Multiple reference frame), which is a steady-state approximation and Sliding method, which is a unsteady-state approximation. Numerical results using two moving zone approaches are compared with experiments by Ranade & Joshi, which have done extensive LDA measurements of the flow generated by a standard six-bladed Rushton turbine in a cylindrical baffled vessel. In this paper we simulated the flow patterns with above mentioned moving zone approaches and impellers. Turbulence model is RNG k-$\epsilon$ model.
Cross-flow fans are widely used in various applications, due to their large capacity of mass flow and size compactness. The flow field of the cross-flow fan is, however, complex and has many design parameters. Thus, the general design guide has not been sufficiently established yet and the design strategies of cross-flow fans have been based on experiments. In the present study, the performance and their two-dimensional flow characteristics are numerically analyzed by using the STAR-CD(commercial computational fluid dynamics code). The simulation is done by varying the several design parameters such as the impeller blade shapes and the gap between the stabilizer and impeller. The computational results are compared with the experimental data at the fan outlet region. Finally some helpful guides for the optimum design of cross-flow fans are proposed.
Air Conditioner has become a popular comfort providing device since two decades, whether in an office or home especially for warm and wet climate countries. The RAC (Room Air Conditioner) is widely used in various working spaces and residences. It composed of heat exchager, cross-flow fan, stabilizer, rearguider and blade of diffuser region, etc. In this study, numerical analyses based on the prediction of transient phenomena were carried out to investigate the flow characteristics in the RAC, including the impeller, the rearguider, the stabilizer and the blade of the diffuser region. Using a commercial code, FLUENT, the velocity, pressure and streamlines were obtained with unsteady, turbulent flow and no-slip condition. The angular velocities of impeller are located in the 900 rpm. Turbulent closure was achieved using a standard k-${\varepsilon}$ model. A moving reference frame (MRF) approach was adopted to simulate the flow field generated by impeller in the RAC. Results were graphically depicted with various geometrical configurations and operating conditions.
The cross-flow fans are widely used in various applications, due to their large capacity of mass flow and the size compactness. The flow fields of the cross-flow fan is, however, complex and it has many design parameters. Thus the general design guide has not sufficiently established yet, and the design strategies of cross-flow fans have been based on experiments. In the present study, the cross-flow fan performance and its two-dimensional flow characteristics are numerically analyzed by using the STAR-CD. The simulation is done by varying the several design parameters such as impeller blade shapes, the gap between the stabilizer and impeller. The computational results are compared with the experimental data at the fan outlet region. Finally some helpful guides for the optimum design of the cross-flow fan are proposed.
Effects of design variables on the performance of a double-inlet centrifugal blower have been analyzed based on the three-dimensional flow analysis. Two design variables, blade inlet and outlet angles, are introduced to enhance a blower performance. General analysis code, ANSYS-CFX13, is employed to analyze internal flow and a blower performance. SST turbulence model is employed to estimate the eddy viscosity. Throughout the shape optimization of an impeller at the design flow condition, the blower efficiency and pressure are successfully increased by 4.7 and 1.02 percent compared to reference one. It is noted that separated flow observed near cut-off region can be reduced by optimal design of blade angles, which results in stable flow pattern in the blade passage and increase of a blower performance. The stable flow at the impeller also makes good effects at the outlet of a volute casing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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