Park, Jun-Young;Park, Moo-Ryong;Choi, Bum-Suk;Song, Je-Wook
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.2
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pp.141-148
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2009
Axial-flow compressor is one of the most important parts of gas turbine units with axial turbine and combustor. Therefore, precise prediction of performance is very important for development of new compressor or modification of existing one. Meanline analysis is a simple, fast and powerful method for performance prediction of axial-flow compressors with different geometries. So, Meanline analysis is frequently used in preliminary design stage and performance analysis for given geometry data. Much correlations for meanline analysis have been developed theoretically and experimentally for estimating various types of losses and flow deviation angle for long time. In present study, meanline analysis program was developed to estimate compressor losses, incidence angles, deviation angles, stall and surge conditions with many correlations. Performance prediction of one stage axial compressors is conducted with this meanline analysis program. The comparison between experimental and numerical results show a good agreement. This meanline analysis program can be used for various types of single stage axial-flow compressors with different geometries, as well as multistage axial-flow compressors.
Low NPSH and high pressure pumps we widely used for turbopump systems, which have an inducer and operate at high rotating speeds. In this paper, a meanline method has been established for the preliminary design and performance prediction of pumps having an inducer for cavitating or non-cavitating conditions at design or off-design points. The method was applied for the performance prediction of a fuel pump. Predicted performances by the method are shown to be in good agreement with experimental results for cavitating and non-cavitating conditions. The established meanline method can be used for the performance prediction and preliminary design of high speed pumps which have a inducer, impeller and volute.
Low NPSH and high pressure pumps are widely used for turbopump systems, which have an inducer and operate at high rotating speeds In this paper, a meanline method has been established for the preliminary design and performance prediction of pumps having an inducer for cavitating or non-cavitating conditions and at design or off-design points. The method was applied for the performance prediction of a fuel pump, which had been developed by Hyundai Mobis in collaboration with KeRC for a liquid rocket engine. The engine uses liquid methane and liquid oxygen as working fluids and rotates at 50,000 rpm KeRC carried out a model testing of the fuel pump with water as a working fluid at the reduced speed (10,000 ${\~}$ 15,000 rpm). Predicted performances by the method are shown to be in good agreement with experimental results for cavitating and non-cavitating conditions. The established meanline method can be used for the performance prediction and preliminary design of high speed pumps which have a inducer, impeller and volute.
A general program of meanline design and/or performance prediction for centrifugal/mixed-flow compressors is successfully commercialized using various empirical loss models. 4 types of diffusers, 3 types of exit elements, shrouded/unshrouded impellers and real gas option are included in the program capabilities. Total 16 cases of benchmark test results proved its reliability to be effectively utilized in the development processes.
Experimental and numerical investigations of the off·design performance of a simple channel-wedge diffuser in a small centrifugal compressor are presented. Surge and choke conditions as well as design point are considered using somewhat limited range of experimental data and also supplementary 3D CFD results. Some critical meanline design parameters' behavior is investigated numerically, to render the basis for improved modelings in the meanline performance prediction.
A low NPSH and high pressure fuel pump has been designed for a turbopump system. The fuel pump has an axial inducer and a centrifugal impeller. A meanline method has been established for the preliminary design and performance prediction of pumps at design or off-design points. KeRC(Kelyish Research Center) carried out a model testing of the fuel pump with water as a working fluid at the reduced speed. Predicted performances by the method are shown to be in good agreement with experimental results for cavitating and non-cavitating conditions. The established meanline method can be used for the performance prediction and preliminary design of high speed pumps which have a inducer, impeller and volute. In the current study, the three dimensional viscous flow in the fuel pump was investigated through numerical computation. A modified design of the fuel pump was generated to improve pump performance by utilizing CFD results. The modified fuel pump was experimentally tested by ROTEM and KARI(Korea Aerospace Research Institute). The measured non-cavitating and cavitating performance showed a good agreement with designed performance.
A low NPSH and high pressure fuel pump has been designed for a turbopump system. The fuel pump has an axial inducer and a centrifugal impeller. A meanline method has been established for the preliminary design and performance prediction of pumps at design or off-design points. KeRC carried out a model testing of the fuel pump with water as a working fluid at the reduced speed. Predicted performances by the method are shown to be in good agreement with experimental results for cavitating and non-cavitating conditions. The established meanline method can be used for the performance prediction and preliminary design of high speed pumps which have a inducer, impeller and volute. In the current study, the three dimensional viscous flow in the fuel pump was investigated through numerical computation. A modified design of the fuel pun was generated to improve pump performance by utilizing CFD results. The modified fuel pump was experimentally tested by ROTEM and KARI. The measured non-cavitating and cavitating performance showed a good agreement with designed performance.
An aerodynamic design for centrifugal compressor which was applied to medium speed diesel engine has been done. First of all, exact compressor specifications must be defined by accurate engine system matching. This matching program has been developed. Using the meanline prediction method, geometric design and performance curves for compressor were established and verified by comparing three dimensional viscous CFD results. The deviation at the design point was about 2.3%. Combustor has been designed and manufactured for the performance test of medium speed diesel engine turbocharger. Fuel nozzle of combustor was designed and its characteristics was analyzed by PIV and PDPA test equipment. Through these results, spray characteristics were studied and flow coefficient equation was deduced.
Procedures and results of aerodynamic design of a centrifugal compressor are presented for development of a 40kW class turbogenerator gas turbine. Specification of higher level of total pressure ratio of 4 and total efficiency of $80\%$ requires advanced methods of design and analysis. In the meanline design/analysis, a method with conventional loss modeling and a method with the two-zone model are alternately used for more reliable prediction. In the impeller blade generation, a series of Bezier curve are combined to produce meridional contours and distributions of blade camber angle and blade thickness. Intermediate profiles of blades are repeatedly produced and changed to be finally fixed through quasi-three dimensional Euler flow analysis. Three dimensional compressible turbulent flow analysis is then performed for the impeller to be confirmed in the final step of design. Satisfactory results in the aerodynamic performance are obtained, which assures that there is no need of aerodynamic re-design.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.6
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pp.2109-2124
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1991
A simulation program is developed to analyse the performance of an axial flow turbine stage based on the meanline prediction method. The gradient projection method is utilized to minimize the aerodynamic losses under the specified constraints on such as flow coefficient, total pressure ratio, stage power and blade loading coefficient. After obtaining the optimum point for minimizing the stage loss, a sensitivity analysis is carried out ground the optimum point to find the effects of the design variables and the design constraints on the stage performance. The result of the senitivity analysis under a constant blade loading coefficient shows that the total loss is more sensitive to the mean diameter, the absolute flow angle at nozzle outlet, the relative flow angle at rotor outlet and the axial mean velocity compared to the chords and the pitches. Moreover, the design constraints on the degree of reaction at root and the blade length-to-diameter ratio are found to be most influencial on the maximization of the overall aerodynamic efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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