Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.23
no.5
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pp.549-557
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2017
Numerical studies have been carried out on scrubbers, which are after-treatment devices to satisfy strengthened emission regulations for sulfur dioxide and particulate matter. We investigated the problems with existing scrubbers through numerical analysis and designed and analyzed a new swirl-type scrubber that could solve these problems. As a result, with the swirl-type scrubber, exhaust gas formed a vortex in the lower part of the device, and some of this gas was released along the guide vane through the bottom surface. In this case, the pressure gradient in the vertical direction was not large, but a pressure difference between the inside and outside of the baffle was generated. The shape of the exhaust gas stream was investigated, and when water was not sprayed, the exhaust gas flowed constantly to the outlet along the guide vane, in contrast to when water was sprayed. It was confirmed that the shape of the flow was influenced by the guide vane, nozzle arrangement and water pressure. In the case of the swirl-type scrubber, impact on engine back-pressure was minimal, because differential pressure at the inlet and outlet was less than half of that with a conventional scrubber.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.315-323
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2010
This work investigates the influence of water compressibility on pressure pulsations induced by rotor-stator interaction (RSI) in hydraulic machinery, using the commercial CFD solver ANSYS-CFX. A pipe flow example with harmonic velocity excitation at the inlet plane is simulated using different grid densities and time step sizes. Results are compared with a validated code for hydraulic networks (SIMSEN). Subsequently, the solution procedure is applied to a simplified 2.5-dimensional pump-turbine configuration in prototype with different speeds of sound as well as in model scale with an adapted speed of sound. Pressure fluctuations are compared with numerical and experimental data based on prototype scale. The good agreement indicates that the scaling of acoustic effects with an adapted speed of sound works well. With respect to pressure fluctuation amplitudes along the centerline of runner channels, incompressible solutions exhibit a linear decrease while compressible solutions exhibit sinusoidal distributions with maximum values at half the channel length, coinciding with analytical solutions of one-dimensional acoustics. Furthermore, in compressible simulation the amplification of pressure fluctuations is observed from the inlet of stay vane channels to the spiral case wall. Finally, the procedure is applied to a three-dimensional pump configuration in model scale with adapted speed of sound. Normalized Pressure fluctuations are compared with results from prototype measurements. Compared to incompressible computations, compressible simulations provide similar pressure fluctuations in vaneless space, but pressure fluctuations in spiral case and penstock may be much higher.
CFD analyses of the three-dimensional turbulent flow in the impeller and diffuser of an axial flow pump including suction and discharge parts are presented and compared with experimental data. The purpose of the current study is to validate the CFD method for the performance analysis of the main coolant pump for SMART and to investigate the effect of suction and discharge shapes on the pump performance. To generate a performance curve, not only the design point but also the off-design points were computed. The results were compared with available experimental data in terms of head generated. At the design point, the analysis accurately predicts the experimental head value. In the range of the higher flow rates, the results are also in very good agreement with the experimental data, in magnitude but also in terms of slope of variation. For lower flow rates, the results shows that the analysis considering the suction and discharge well describe the typical S-shape performance curve of the axial pump.
Seo, Doyoung;Hwang, Sunwoo;Son, Changmin;Kim, Kuisoon
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.2
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pp.279-289
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2017
In this study, a series of conjugate heat transfer (CHT) analyses are conducted for a stage of a fully cooled high-pressure turbine (HPT) at elevated levels of free stream turbulence (Tu = 5% and 25.7%). The goal of the analyses is to investigate the influence of high turbulence intensity on the fluid-thermal characteristics of a nozzle guide vane (NGV). The turbine inlet temperature is defined by considering a typical radial temperature distribution factor (RTDF). The Unsteady Reynolds Average Navier-Stokes (URANS) CHT simulations are carried out using CFX 15.0, a commercial CFD package. The presented CFD modeling approach for high turbulence intensity is verified with the experimental data from two types of NASA C3X NGVs with films. The computation grid is generated for both the fluid and solid domains. The fluid domain grid is created using a tetrahedral grid system with prism layers because of its complex geometry, and the solid domain grid is composed of only tetrahedral elements. The analytical results are compared to understand the effect of turbulence on flow characteristics and metal temperature distributions. The results obtained in this study provide useful insights on the effects of high free stream turbulence and unsteadiness. The results also lead to the proposal of meaningful turbine design guidelines.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.22
no.3
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pp.139-148
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2010
A centrifugal compressor for HFC-134a has been newly designed and developed. Flow analysis using commercial programs was used to evaluate performance and internal flow of the impeller, inlet guide vane and diffuser etc. The purpose of this study is to establish the design theory necessary to the development of HFC-134a centrifugal compressors and to supply basic data related to design by reviewing design values and experimental values through the performance test. The compressor for HFC-134a was also investigated experimentally to check compression performance. The calculated data coincide the test results of compressor. The data obtained in the present study are useful for design of HFC-134a centrifugal compressors.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.10
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pp.3251-3261
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1996
Flows were measured in an unshrouded centrifugal impeller. By using a single slanted hot-wire probe and a Kiel probe mounted on the impeller hub disk, the 3-D relative velocities and the rotary stagnation pressures were measured in seven circumferential planes between the inlet and outlet of the impeller rotating at 700 rpm, which diameter is 0.39 meter, and the static pressures and the slip factor at the impeller outlet were estimated from the measured values. Measurements were made for three flow rates corresponding to zero incidence and two others with the greater and the smaller one than zero. From the measured data in these flow rates, the followings were investigated in the impeller passage, the variation of the primary and secondary flows, the leakage flows, the wake's position and its size, the static pressure rise and the loss production mechanism. Furthermore the static pressure and the slip factor were compared with the results of inviscid Quasi-3D calculation.
In this study pressure and shaft torque pulsation were measured with variation of head and flow during the model test for a 15 MW Francis Turbine. Pressure pulsations were measured at the inlet of the spiral casing and 4 points in the cone of the diffuser and shaft torque pulsation at the upper position of the turbine. The maximum amplitude of pressure pulsation appeared 2.03% of the maximum rated head with the frequency of 25% of the rated revolution and at the guide vane opening of $10^{\circ}$. Shaft torque pulsation appeared 0.01% of the rated shaft torque, fairly low value. Air was admitted through the cone and pressure pulsation gradually decreased with increase of air flow and kept nearly constant after 5% of the rated flow. A new Francis turbine of which specific speed is 115 m-kW had been designed to rehabilitate the old one and the model test was performed at EPFL. The commercial code, STAR-$CCM^+$ was used for numerical simulation of flow.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.11
no.3
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pp.132-139
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2003
The effects of casing shapes on the performance and the interaction between an impeller and a casing in a small-sized centrifugal compressor are investigated. Especially, numerical analyses are conducted for the centrifugal compressor with both a circular casing and a volute one. The optimum design for each element (i.e., impeller, diffuser and casing) is important to develop an efficient and compact compressor using alternative refrigerant as working fluids. Typical rotating speed of the compressor is in the range of 40,000∼45,000 rpm. The impeller has backswept blades due to tip clearance and a vane diffuser has wedge type. In order to predict the flow pattern inside an entire impeller, vaneless diffuser and casing, calculations with multiple frames of reference method between the rotating and stationery parts of the domain are carried out. For computations of compressible turbulent flow fields, the continuity and time-averaged Navier-Stokes equations are employed. To evaluate the performance of two types of casings, the static pressure recovery and loss coefficients are obtained for various flow rates. Also, static pressure distributions around casings are studied for different casing shapes, which are very important to predict the distribution of radial load. The static pressure around the casing and pressure difference between the inlet and outlet of the compressor are measured for the circular casing.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.2
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pp.164-170
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2001
The influence of unsteady wake on the flow and heat transfer characteristics in a four-vane linear cascade was experimentally investigated. The unsteady wake was generated with four rotating rectangular plates located upstream of the cascade. Tested inlet Reynolds number based on chord length was set to 66,000 by controlling free-stream velocity. A hot-wire anemometer system was employed to measure turbulent velocity components. For the convective heat transfer coefficients measurement on turbine blade surface, thermochromic liquid crystal and gold film Intrex were used. It was found that the unsteady wake enhances the turbulent motion in the cascade passage and accordingly promotes the development and transition of boundary layer. It was found that the heat transfer coefficients on the blade surface increase as the plate rotating speed increases. However, the increasing of heat transfer coefficients is not significant in the case that Strouhal number is higher than 0.503.
Singh, Patrick Mark;Chen, Chengcheng;Choi, Young-Do
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.10
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pp.1017-1022
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2015
Specific hydrodynamic characteristic of pump-turbine during the start and load rejection process of generating mode causes anomalous increase of water pressure, along with large machine vibration, called "S" characteristic. The aim of this study is to understand and explain the hydrodynamic performance of pump-turbine at "S" characteristic region by using a model of pump-turbine system. The operation in the condition of runway and low discharge in a typical "S" characteristic curve may become unstable and complex flow appears at the passage of guide vane and impeller. Therefore, velocity and pressure distribution are investigated to give an all-sided explanation of the formation and phenomenon of this characteristic, with the assistance of velocity triangle analysis at the impeller inlet. From this study, the internal flow and pressure fluctuation at the normal, runway and low discharge points are explored, giving a deep description of hydrodynamic characteristic when the pump-turbine system operates with "S" characteristic.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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