The objective of this study was to investigate the influence of the blade shape on the impeller performance, for design optimizing of the high airflow impeller. First, the quantity, angle, and length of blades, which are considered to have a large influence on the impeller performance, were selected as design variables. Then, 27 cases of impeller shapes were selected according to the design of experiment (DOE). To predict the conduct of the blower based on the selected impeller shape, flow analysis was performed using the immersed solid method of ANSYS CFX. In the CFD results, the highest airflow was expected in the impeller having a combination of 50 EA, $6^{\circ}$ and 5 mm. Finally, a blower with the original impeller shape and the optimized impeller shape was fabricated using a 3D printer, and the analysis tendency and experimental tendency were verified through experiments.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.1
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pp.47-53
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2017
Surface pressure integration and momentum method were respectively performed to evaluate the impeller thrust and the system thrust of a contra-rotating axial flow water jet propulsion, and an interesting phenomenon so-called thrust paradox was revealed. To explain the paradox, the impeller thrust and the system thrust were physically and theoretically analyzed, the results show that the impeller thrust is head involved and is determined by the hydraulic parameters upstream and downstream the impeller, while the momentum method depicted by a classic equation is valid simply under the best efficiency point. Consequently, the role of a water jet propulsion nozzle was deduced that the nozzle is mainly to limit the flow rate that crosses the impeller and to assure the system working under the best efficiency condition apart from its ability to produce momentum difference. Related mathematical formula expressed the nozzle diameter is the dominant variable used to calculate the working condition of the water jet propulsion. Therefore the nozzle diameter can be steadily estimated by the former expression. The system thrust scaling characteristics under various speeds were displayed lastly.
Kim, Sung;Choi, Young-Seok;Lee, Kyoung-Yong;Yoon, Joon-Yong
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.2
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pp.172-178
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2009
This paper reports on an investigation (using RSM with commercial CFD software) of the performance characteristics of the impeller in a centrifugal pump. Geometric parameters of vane plane development were defined with the meridional shape and frontal view of the impeller. The parameters are focused on the blade-angle distributions through the impeller in a fixed meridional geometry. For screening, a $2^k$ factorial design has been used to identify the important design parameters. The objective functions are defined as the total head rise and the total efficiency at the design flow-rate. From the $2^k$ factorial design results, it is found that the incidence angles and the exit blade angle are the most important parameters influencing the performance of the pump.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.102-110
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1998
The analysis of lateral hydrodynamic forces in the leakage path between a shrouded pump impeller through wear-ring seal and its housing is presented. Governing equations are derived based on Bulk-flow and Hirs' turbulent lubrication model. By using a perturbation analysis and a numerical integration method, governing equations are solved to yield leakage and rotordynamic coefficients of force developed by the impeller shroud and wear-ring seal. The variation of rotordynamic coefficients of pump impeller shroud and wear-ring seal is analyzed as parameters of rotor speed, pressure difference, shroud clearance, wear-ring seal clearance, and circumferential velocity at the entrance of impeller shroud for a typical multi-stage centrifugal pump.
This paper reports the impeller performance of centrifugal pump, modified HES65-250. Developed CFD code uses SIMPLE algorithm, power-law scheme, standard $k-{\espilon}$ turbulence model in curvilinear coordinate system. The calculations are conducted for 5 cases, from 0.6 to 1.4 of flow rate ratio with 0.2 increment. The flow characteristics inside of impeller are analysed. The results show that reversal flows exist at the inlet of impeller which have small rotary stagnation pressure. The obtained results are compared with the experimental data at impeller exit and shows good qualitative agreement.
This paper reports the impeller performance of centrifugal pump, modified HES65-250. Developed CFD code uses SIMPLE algorithm, power-law scheme, standard k-$\epsilon$ turbulence model in curvilinear coordinate system. The calculations are conducted for 5 cases, from 0.6 to 1.4 of flow rate ratio with 0.2 increment. The flow characteristics inside of impeller are analysed. The results show that reversal flows exist at the inlet of impeller which have small rotary stagnation pressure. The obtained results are compared with the experimental data at impeller exit and shows good qualitative agreement.
A draft tube which has impeller to elevate bottom water and spread it over surface of lake water, induces convective circulation of lake water, a Long-Distance Circulation (LDC). Circulation of lake water make stratified water mixed and enhance DO (Dissolved Oxygen) of bottom water. Circulation rate of water is determined by draft rate of the tube, which is dependent on design parameters of the draft tube system, i. e. dimension of impeller and diffuser, inclined angle of impeller, impeller shape, and rotational speed. In this study, change in draft rate and power consumption of circulation equipment was investigated numerically with changing impeller dimension, angle and rotational speed. It was found that flowrate of draft water was increased as the dimensions of draft tube and impeller, and rotational speed and inclined angle of impeller increased. The power consumption was also elevated with increasing parameter values, and final selection of parameter values was made to satisfy target flowrates and power consumption.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.71-84
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2020
In order to improve the performance of marine centrifugal pump, a centrifugal pump whose specific speed is 66.7 was selected for the research. Outlet diameter D2, outlet width b2, blade outlet angle β2, blade wrap φ and blade number z of the impeller were chosen as the variables. The maximum weighted average efficiency and the minimum vibration intensity at the base were calculated as objectives. Based on the Latin Hypercube method, the impeller was numerically optimized. The numerical results show that after optimization, the amplitudes of pressure fluctuation on the main frequency at different monitoring points decrease in varying degrees. The radial force on impeller decreases obviously under off-design flow rates and is more symmetrical during the operation of the pump. The variation of the axial force is relatively small, which has no obvious relationship with the rotating angle of the impeller. The energy performance and vibration experiment was performed for verifying. The test results show that the weighted average efficiency under 0.8Qd, 1.0Qd and 1.2Qd increases by 4.3% after optimization. The maximal vibration intensity at M1-M4 on the pump base reduced from 0.36 mm/s to 0.25 mm/s, decreasing by 30.5%. In addition, the vibration velocities of bracket in pump side and outlet flange also have significant reductions.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.5
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pp.21-27
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2004
A waterjet propulsion system has many advantages compared with a conventional screw propeller especially for amphibious military vehicles because of a good maneuverability at low speed, good operating ability at shallow water, high thrust at low speed to aid maneuverability and exit from water, etc. Especially, compact design is important for the tracked-vehicle because of buoyancy in water and available space inside the tracked vehicle. The experiment is parametrically performed for various impeller diameters for more compact design. The experimental results are analyzed according to the ITTC 1996 standard analysis method as well as the conventional propulsive factor analysis method. The full-scale effective and delivered power of the tracked-vehicle are evaluated according to the variation of impeller diameter. This paper emphasized the effect of impeller diameter on the performance of waterjet system.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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