The mean streamline analysis using the empirical loss correlations has been developed for performance prediction of industrial mixed-flow fan impellers in the present study. New simple, but effective, models for the additional Euler input work characteristic and an internal recirculation loss due to internal flow reversal under the low flowrate conditions are proposed in this paper. Comparison of overall performance predictions with six sets of test data of mixed-flow fans is accomplished to demonstrate the accuracy of the proposed models. Predicted performance curves by the present set of loss models agree fairly well with experimental data for a variety of mixed-flow fan impellers over the entire operating conditions. The prediction method presented herein can be used efficiently in the conceptual design phase of mixed-flow fan impellers.
The purpose of this study is to examine the effect of nozzle shape on the performance and internal flow of a cross-flow hydro turbine. CFD analysis for three kinds of nozzle shape is conducted to simulate the effect of nozzle shape. The results reveal that relatively narrow nozzle width is effective to increase the turbine efficiency and output power. Almost output power is achieved at Stage 1. Therefore, optimum design of the nozzle shape is necessary to improve the turbine performance. Recirculation flow in the runner passage decreases the turbine efficiency and output power because the flow make hydraulic loss and collision loss in the region. Air should be put into the runner passage and the recirculating flow should be suppressed by the air layer in the runner.
In this study. an off-design performance prediction program for centrifugal pumps is developed. To estimate the losses in an impeller flow passage, two-zone model and two-element in series(TEIS) model are used. At impeller exit. the mixing process occurs with an increase in entropy. In two-zone model. there are both primary zone and secondary zone for an isentropic core flow and an average of all non-isentropic streamtubes respectively. The level of the core flow diffusion in an impeller was calculated by using TEIS model. While internal losses in an impeller an automatically estimated by using the above models, some empirical correlations far estimating external losses. far example, disk friction loss, recirculation loss and leakage loss are used. In order to analyze the vaneless diffuser flow. the momentum equations for the radial and tangential directions are used and solved together with continuity and energy equations.
The effects of channel area on the performance of regenerative type fuel pump were numerically studied by commercial CFD code (ANSYS CFX-10). To examine the effects of channel area, the shapes of the side channel and blade were simplified. The channel area affected the flow characteristics of the internal recirculation flow between the side channel and the blade groove and also made a difference in the overall performance. These loss mechanism with circulation flow were adopted as a loss coefficient in the performance prediction program. The loss coefficient was newly derived from the results of calculations with different channel area, and compared with the experimental results in the reference paper and used to modify the performance prediction program. The circulation flow characteristics with different channel area, which is related with loss mechanism, were also discussed with the results of 3-dimensional flow calculations.
The purpose of this study is not only to investigate the effects of air layer in the turbine chamber on the performance and internal flow of the cross-flow turbine, but also to suggest a newly developed air supply method. Field test is performed in order to measure the output power of the turbine by a new air supply method. CFD analysis on the performance and internal flow of the turbine is conducted by an unsteady state calculation using a two-phase flow model in order to embody the air layer effect on the turbine performance effectively. The result shows that air layer effect on the performance of the turbine is considerable. The air layer located in the turbine runner passage plays the role of preventing a shock loss at the runner axis and suppressing a recirculation flow in the runner. The location of air suction hole on the chamber wall is very important factor for the performance improvement. Moreover, the ratio between air from suction pipe and water from turbine inlet is also significant factor of the turbine performance.
To increase the reliability of auto-ignition in CAI engines, the thermodynamic properties of intake flow is often controlled using recycled exhaust gases, called internal EGR. Because of the internal EGR influence on the overall thermodynamic properties and mixing quality of the gases that affect the subsequent combustion behavior, optimizing the intake and exhaust valve timing for the EGR is important to achieve the reliable auto-ignition and high thermal efficiency. In the present study, fully 3D numerical simulations were carried out to predict the mixing characteristics and flow field inside the cylinder as a function of valve timing. The 3D unsteady Eulerian-Lagrangian two-phase model was used to account for the interaction between the intake air and remaining internal EGR during the under-lap operation while varying three major parameters: the intake valve(IV) and exhaust valve(EV) timings and intake valve lift(IVL). Computational results showed that the largest EVC retardation, as in A6, yielded the optimal mixing of both EGR and fuel. The IV timing had little effect on the mixing quality. However, the IV timing variation caused backflow from the cylinder to the intake port. With respect to reduction of heat loss due to backflow, the case in B6 was considered to present the optimal operating condition. With the variation of the intake valve lift, the A1 case yielded the minimum amount of backflow. The best mixing was delivered when the lift height was at a minimum of 2 mm.
This paper describes the blower performance used for single-stage high pressure regenerative blower. The blower considered is widely applied to the field of a fuel cell system, a medical equipment and a sewage treatment plant. Flow rate and rotating frequency of a impeller of the blower are considered as design parameters for the proper operation of the blower. Three-dimensional Navier-Stokes equations are introduced to analyze the performance and internal flow of the blower. Relatively good agreement between experimental measurements and numerical simulation is obtained. Throughout a numerical simulation, it is found that small and stable vortical flow generated inside the blade passage is effective to increase pressure and efficiency of the blower. Large local recirculation flow having low velocity in the blade passage obstructs the generation of stable vortical flow, thus increases the pressure loss of the blower. Detailed flow field inside the blower is also analyzed and discussed.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제7권3호
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pp.86-93
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2014
This paper describes performance enhancement of a regenerative blower used for a 20 kW fuel cell system. Two design variables, bending angle of an impeller and blade thickness of an impeller tip, which are used to define an impeller shape, are introduced to enhance the blower performance. Internal flow of the regenerative blower has been analyzed with three-dimensional Navier-Stokes equations to obtain the blower performance. General analysis code, CFX, is introduced in the present work. SST turbulence model is employed to estimate the eddy viscosity. Throughout the numerical analysis, it is found that the thickness of impeller tip is effective to increase the blower efficiency in the present blower. Pressure is successfully increased up to 2.8% compared to the reference blower at the design flow condition. And efficiency is also enhanced up to 2.98 % compared to the reference one. It is noted that low velocity region disturbs to make strong recirculation flow inside the blade passages, thus increases local pressure loss. Detailed flow field inside the regenerative blower is also analyzed and compared.
This paper presents the performance enhancement of a double-inlet centrifugal blower by the shape optimization of an impeller. Two design variables, a number of blade and a length of chord, are introduced, and analyzed by a response surface method. Three-dimensional compressible Navier-Stokes equations are used to analyze the blower performance and the internal flow of the blower. Throughout the numerical simulation of the blower, blower efficiency can be increased by reducing separation flow generating from the blade leading edge of a blade pressure surface. It is noted that recirculation flow observed inside the blade passage induces low velocity region, thus increases pressure loss. Efficiency and pressure of the optimum blower are successfully increased up to 3% and 3.9% compared to those of reference blower at the design flow condition, respectively. Detailed flow field inside the blower is also analyzed and compared.
본 연구는 원심펌프 내부 유동장 특성에 대한 시뮬레이션 및 시각화에 중점을 둔다. 3D 수치해석은 Reynolds Average Navier-stock 코드를 k-${\varepsilon}$ 표준 2차방정식 난류 모델로 처리하여 수행하였다. 시뮬레이션은 흡입측, 임펠러, 토출측 영역에서 조도로 인한 마찰 손실과 임펠러 웨어링에서 체적 손실을 포함한다. 해석과 실험사이의 성능곡선 비교결과 최대 5 %의 작은 차이를 보이며 동일한 추세를 나타냈다. 최고 효율점에서 속도 벡터는 고르게 나타났지만 비 설계점에서는 현저한 변화가 나타났고, 텅 부근의 임펠러 유로토출부에서 강력한 재순환 영역이 나타났다. 비교적 일정한 압력분포가 텅 부근임에도 불구하고 임펠러 주위에 관찰되었다. 볼류트 내에서 기하학적으로 인해 형성된 나선형 와류가 이 영역에서 유동장이 상대적으로 난류이고 불안정하다는 것을 증명하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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