Lee, Chan;Kim, Yong Chul;Lee, Jin Wook;Kim, Hyung Taek
유체기계공업학회:학술대회논문집
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1998.12a
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pp.209-214
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1998
A thermodynamic simulation method is developed for the process design and the performance evaluation of the gas turbine in IGCC power plant. The present study adopts four clean coal gases derived from four different coal gasification and gas clean-up processes as IGCC gas turbine fuel, and considers the integration design condition of the gas turbine with ASU(Air Separation Unit). In addition, the present simulation method includes compressor performance map and expander choking models for considering the off-design effects due to coal gas firing and ASU integration. The present prediction results show that the efficiency and the net power of the IGCC gas turbines are seperior to those of the natural gas fired one but they are decreased with the air extraction from gas turbine to ASU. The operation point of the IGCC gas turbine compressor is shifted to the higher pressure ratio condition far from the design point by reducing the air extraction ratio. The exhaust gas of the IGCC gas turbine has more abundant wast heat for the heat recovery steam generator than that of the natural gas fired gas turbine.
Operating characteristics of a triple pressure reheat HRSG are analyzed using a commercial software package (Gate Cycle by GE Enter Software). The calculation routine determines all the design parameters including configuration and area of each heat exchanger. The off-design calculation part has the capability of simulating the effect of any operating parameters such as power load, process requirements, and operating mode, etc., on the transient performance of the plant. The arrangement of high-temperature and intermediate-temperature components of the HRSG is changed, and its effect on the steam turbine performance and HRSG characteristics is examined. It is shown that there could be a significant difference in HRSG sizes even though thermal performance is not in great deviation. From the viewpoint of both economics and steam turbine performance, it should be carefully reviewed whether the optimum design point could exist. Off-design performance could be one of the main factors in arranging components of the HRSG because power plants operate at various off-design conditions such as ambient temperature and gas turbine load, etc. It is shown that different heat exchanger configurations lead to different performances with ambient temperature, even though they have almost the same performances at design points.
Fan performances are obtained with various tip clearance gaps and stagger angles of the rotor. A tested fan is an axial-type fan of which the casing diameter is 806 mm. Two different rotors are applied to this test. One is designed on the basis of the free vortex method along the radial direction and the other is designed using the forced vortex method. The operating conditions are varied to the ultimate off-design point as well as the deign point. Overall efficiency, total pressure and input power are compared with the tip clearance gaps and different stagger angle. The experimental results show that changing of the stagger angle has minor influence to the performance when the same rotor is applied. When the tip clearance gap is less than 5% of the rotor span, the overall efficiency, total pressure loss and input power reduction are varied linearly with the variation of the tip clearance gaps. On the design point, the overall efficiency is decreased to the rate of 2.8-2.9 to the increasing of the tip clearance, but the changing rate of the overall efficiency is alleviated when the fan operates at off-design points. In particular, this rate is more quickly declined on a fan with the rotor designed using the forced vortex method. The result of the total pressure shows that the pressure reduction rate is a 0.08-0.1 according to the tip clearance, and additionally the input power reduction rate is a 0.045-0.065 at design point.
Present paper describes on/off design performance of a 50KW turbogenerator gas turbine engine for hybrid vehicle application. For optimum design point selection, relevant parameter study is carried out. The turbogenerator gas turbine engine for a hybrid vehicle is expected to be designed for maximum fuel economy, ultra low emissions, and very low cost. Compressor, combustor, turbine, and permanent-magnet generator will be mounted on a single high speed (82,000 rpm) shaft that will be supported on air bearings. As the generator is built into the shaft, gearbox and other moving parts become unnecessary and thus will increase the system's reliability and reduce the manufacturing cost. The engine has a radial compressor and turbine with design point pressure ratio of 4.0. This pressure ratio was set based on calculation of specific fuel consumption and specific power variation with pressure ratio. For the given turbine inlet temperature, a rather conservative value of $1100^\circK$ was selected. Designed mass flow rate was 0.5 kg/sec. Parametric study of the cycle indicates that specific work and efficiency increase at a given pressure ratio and turbine inlet temperature. Off design analysis shows that the gas turbine system reaches self operating condition at N/$N_{DP}$ = 0.53. Bleeding air for turbine stator cooling is omitted considering low TIT and for a simple geometric structure. Various engine performance simulations including, ambient temperature influence, surging at part load condition. Transient analysis were performed to secure the optimum engine operating characteristics. Surge margin throughout the performance analysis were maintained to be over 80% approximately. Validation of present results are yet to be seen as the performance tests are scheduled by the end of 1998 for comparison.
There is a growing interest in engine diagnostic technology for gas turbine engines. An engine simulation program, precisely simulating the engine performance, is required in order to apply it to the engine diagnosis technology for engine health monitoring. In particular, the simulation program can predict not only design point performance but also off-design point and partial load performance in accurate. So the engine simulation program for the 2-spool separate flow type turbofan engine was developed and the JT9D-7R4G engine of PW(Pratt & Whitney) was analyzed. The steady-sate performance analysis is conducted at both design and off-design points in flight path and the differences between analysis results of takeoff and cruise conditions are compared. The effect of Reynold's correction method was analyzed as a scaling method of the engine component performance. The simulation results was compared with NPSS.
Kim, Hong-Won;Oh, Kook-Taek;Ghal, Sang-Hak;Ha, Ji-Soo
Proceedings of the KSME Conference
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2001.11b
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pp.670-675
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2001
This paper describes aerodynamic preliminary design performance prediction and flow analysis for turbine of the marine middle engine turbocharger. The performance characteristics of turbocharger turbine are investigated at various operating conditions using mass flow rate and computational flow analysis for rotor and nozzle at design point are performed. Preliminary design results are performed by applying mean line and radial equilibrium theory. Performance prediction and flow analysis results show good agreement with experiments. From 3 dimensional flow analysis result, efficiency is 0.6% greater than design point. Therefore, this design approach is useful for preliminary design, and helps to increase the design capability for optimized rotor blade.
The study explores a novel design of wave energy converter (WEC) that utilizes the interaction between an inside heaving vertical cylinder with an outside fixed hollow cylinder. This design originates from the oscillating water column (OWC) type WEC but replaces the pneumatic power take off (PTO) through the Wells turbine with the hydrodynamic PTO through the inside heaving cylinder. To effectively evaluate the maximum power output, the system has been modeled in the hydrodynamic software AQWA (developed by ANSYS Inc) that has accumulated extensive offshore industry users. Ranges of the PTO parameters have been examined to make sure that proper linear damping can be implemented to simulate the PTO force. Comparing the efficiency of the pneumatic PTO with the hydrodynamic PTO, it appears that the hydrodynamic PTO is more promising than the traditional Wells turbine for an OWC system.
This study presents a numerical procedure to optimize the compressor design to increase the surge margin of compressor with response surface method (RSM). The Box-Behnken design method is used to reduce the number of calculation for fitting the second-order response surface. In order to consider the increase of surge margin during numerical optimization without any calculation at the surge point, the slope of compressor characteristic curve at the design point is suggested as an objective function in the present optimization problem. Mean line performance analysis method is used to get the design and off-design characteristic curves of centrifugal compressor. The impeller exit angle, impeller exit height and impeller radius are chosen as design variables. The optimum shapes show the increase of surge margin for the surge margin optimization and increase of efficiency for the efficiency optimization in comparison with an initial shape.
The airfoil design optimization procedures based on the Navier-Stokes equations were developed, This procedure enables more realistic and practical transonic airfoil designs. The modified Hicks-Henne functions were used to generate the shape of airfoils. Five Hick-Henne functions were used to design upper surface of airfoil only. To enhance the ability of Hick-Henne function to generate various airfoil shape with limited number of functions, the positions of control points were adjusted through optimization procedure. The design procedure was applied to the single-point design for the drag minimization problem with lift and area constraints. The result shows the capability of the procedure to generate much realistic airfoils with very small drag-creep in the low transonic regime. This is mainly due to the viscosity effect of Navier-Stokes flow analysis. However, in the higher transonic range tile drag-creep appears. The multi-point design is shown to be an effective way to avoid the drag-creep and improve off-design performance which is very similar in the Euler design.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.3
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pp.218-226
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2017
Severe radial thrust under off-design operating conditions can be a harmful factor for centrifugal pumps. In the present work, effects of geometry of a double volute casing on the hydrodynamic performance of a centrifugal pump have been investigated focusing on off-design conditions. Three-dimensional steady Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis was carried out by using shear stress transport turbulence model. Numerical results for the hydrodynamic performance of the centrifugal pump were validated compared with experimental data. The hydraulic efficiency and radial thrust coefficient were used as performance parameters to evaluate the hydrodynamic characteristics of the centrifugal pump. The cross-sectional area ratio of the volute casing, the expansion coefficient of the rib structure, the distance between the rib starting point and volute entrance, and radius and width of the volute entrance, and length of the rib structure, were selected as geometric parameters. Results of the parametric study show that the performance parameters are significantly affected by the geometric variables and operating conditions. Optimal configurations of the double volute casing based on the design of experiments technique show outstanding performance in terms of the efficiency and radial thrust coefficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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