Three dimensional unsteady numerical calculations were performed to investigate unsteadiness of the tip leakage flow in an axial compressor. The first stage of the four-stage low-speed research axial compressor was examined. Since this compressor has a relatively large tip clearance, the unsteadiness of the tip leakage flow is induced. Through the results from the unsteady calculations, the process of the induced unsteady tip leakage flow was investigated. It was shown that the leakage flow that occurred at a rotor blade tip clearance affected the pressure distribution on the pressure side near the tip of the adjacent blade, thus caused the fluctuation of the pressure difference between the pressure side and suction side. Consequently, the unsteady tip leakage flow was induced at the adjacent rotor blade. The unsteady feature of the tip leakage flow was changed as the operating point was moved. The interface between the tip leakage flow and the main flow only affected the trailing edge region at the design point whereas the interface influenced up to the leading edge at the low flow rate point. As the flow rate decreased, additionally, it was seen that the vortex size of the tip leakage flow increased and the relatively large length scale disturbance occurred. On the other hand, using frequency analysis, it was shown that the unsteadiness was not associated with the rotor speed and was about 40% of the blade passing frequency. This feature was explained in the rotor relative frame of reference, and the frequency decreased as the flow rate decreased.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.1
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pp.1-9
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2018
Lambda wing type Unmanned Combat Aerial Vehicle(UCAV) which adopts Blended Wing Body(BWB) has relatively less drag and more stealth performance than conventional aircraft. However, Pitching moment is rapidly increased at a specific angle of attack affected by leading edge vortex due to leading edge sweep angle. Wind tunnel testing and numerical analysis were carried out with UCAV 1303 configuration on condition of 50 m/s of flow velocity, $-4^{\circ}{\sim}28^{\circ}$ of the range of angle-of-attack. The effect of wing twist for longitudinal stability at the various angles of attack was verified in this study. When negative twist is applied on the wing, Pitch-break was onset at higher angle of attack due to delayed flow separation on outboard of the wing. On the other hand, pitch-break was onset at lower angle of attack and lift-to-drag ratio was increased when positive twist is applied on the wing.
The vortical structures in a turbulent boundary layer (TBL) developed over a flat plate have been investigated experimentally. The flow conditions tested in this study were Re$_{\theta}$ = 3700, Re$_{\delta}$ = 11${\times}$105 and the shape factor H = 1.3. Instantaneous velocity fields in the streamwise-wall-normal planes were measured by using a dynamic PIV system. A trip-wire and sandpapers were placed behind the leading edge to promote the turbulent transition. 1000 velocity fields were obtained consecutively with a time interval of 1 millisecond. Streamwise u-velocity components were temporally averaged in the measuring plane. In addition, 2000 velocity fields were obtained randomly and ensemble-averaged to get the fully-developed turbulent characteristics. Profiles of the normalized u-component, turbulent intensities and Reynolds shear stress were evaluated. The structures of spanwise vortices were extracted from the instantaneous velocity fields by determining the swirling strength, ${\lambda}_{ci}$. The wall-normalized locations of vortices were temporally averaged in the measuring plane with respect to their rotational direction. The correlations between the temporally averaged u and the temporally averaged $y^+$ of vortices were evaluated. For the case of positive vortices, the correlation is not significant. However, the negative vortices show a strong negative correlation. The y-location of negative vortices tends to increase, as the averaged u decreases and vice versa. These findings indicate that the number of negative vortices in the outer layer increases during the outward bursting events.
This work comes within the framework of the "Benchmark on the Aerodynamics of a Rectangular Cylinder" that investigates a rectangular cylinder of length-to-depth ratio equal to 5. The present study reports and discusses velocity fields acquired using planar Particle Image Velocitmetry for several angles of attack and Reynolds numbers. In particular, for a cylinder depth-based Reynolds number of 2 × 104 and zero incidence angle, the flow features along the lateral (parallel to the freestream) upper and lower surfaces of the cylinder are reported. Using first and second order statistics of the velocity field, the main flow features are discussed, especially the size and location of the time-averaged flow structures and the distribution of the Reynolds stresses. The variation of the flow features with the incidence is also studied considering angles of attack up to 6°. It is shown that the time-averaged flow is fully detached for incidence higher than 2°. For an angle of attack of 0°, the effects of the Reynolds number varying between 5 × 103 and 2 × 104 are investigated looking at flow statistics. It is shown that the time-averaged location of the reattachment point and the shape and position of the time-averaged main vortex are mostly constant with the Reynolds number. However, the size of the inner region located below the time-averaged shear layer and just downstream the leading edge corner appears to be strongly dependent on the Reynolds number.
Large Eddy Simulation (LES) is used to explore the influence of vibration frequency and amplitude on the aerodynamic performance of a rectangular cylinder with an aspect ratio of B/D=5 (B: breadth; D: depth of cylinder) at a Reynolds number of 22,000 near resonance frequency. In smooth flow conditions, the research employs a sequence of three-dimensional simulations under forced vibration with diverse frequency ratios fe / fo = 0.8-1.2 (fe : oscillation frequency; fo : Strouhal frequency when the rectangular cylinder is stationary ) and oscillation amplitudes Ah/D = 0.05 - 0.3. The individual influences of fe / fo and Ah/D on the characteristics of integrated and distributed aerodynamic forces are the focal points of discussion. For the integrated aerodynamic force, particular emphasis is placed on the analysis of the dependence of velocity-proportional component C1 and displacement-proportional component C2 of unsteady aerodynamic force on amplitude and frequency ratio. Near the resonance frequency, the dependencies of C1 and C2 on amplitude are stronger than that of frequency ratio. For the distributed aerodynamic force, the increase in frequency and amplitude promotes the position of the main vortex core and reattachment to the leading edge in the streamwise direction. In the spanwise direction, vibration enhances the spanwise correlation of aerodynamic force to weaken the three-dimensional effect of the flow field, and a lower frequency ratio and larger amplitude amplify this effect.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.24
no.5
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pp.43-55
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2020
The effect of cutted pin in front of pin-fin array was analyzed for increasing the cooling performance of gas turbine blade. The numerical simulations were conducted to figure out the flow and thermal characteristics. The base case which is staggered pin-fin array, cut pin case 1 which has X2/Dp=1.25 cut pin and cut pin case 2 which has X3/Dp=1.75 cut pin were compared. The results showed that cut pin increases the strength of the horseshoe vortex which occurred at the leading edge of pin-fin array. Furthermore, the wake effect is reduced at the trailing edge of pin-fin array. As a result, the heat transfer distribution on the endwall increases. However, the friction factor increases owing to the installation of cut pin, but the thermal performance factor is increased maximum 23.8% in cut pin case 2. Therefore, installation of cut pin will be helpful for increasing the cooling performance of pin-fin array of gas turbine blade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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