In order to protect the turbine blade from working fluid of high temperature, many cooling techniques such as internal convection cooling, film cooling, impinging jet cooling and thermal barrier coating have been developed. With all other things, film-cooling has been widely used as the important alternative. In the present work, numerical analysis has been performed to investigate and to compare the film-cooling performance of various film-cooling hole schemes such as cylindrical, crescent, louver, and dumbbell holes. To analyze the turbulent flow and the film-cooling mechanism, three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis has been performed with shear stress transport turbulence model. The validation of numerical results has been assessed in comparison with experimental data. The characteristics of fluid flow and the film-cooling performance for each shaped hole have been investigated and evaluated in terms of centerline, laterally averaged and spatially averaged film-cooling effectivenesses. Among the film cooling holes, the dumbbell shaped hole shows better film-cooling effectiveness than the other shaped holes. And the louver and cylindrical shaped hole show the worst film cooling performance, and concentrated flows on near the centerline only.
To protect the turbine blade, many cooling techniques has developed. With all other things, film-cooling has been widely used as the important alternative. In the present work, numerical analysis has been performed to investigate and to compare the film-cooling performance of various film-cooling hole schemes such as cylindrical, crescent, louver, and dumbbell holes. To analyze the turbulent flow and the film-cooling mechanism, three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis has been performed with shear stress transport turbulence model. The validation of numerical results has been assessed in comparison with experimental data. The characteristics of fluid flow and the film-cooling performance for each shaped hole have been investigated and evaluated in terms of centerline, laterally averaged and spatially averaged film-cooling effectivenesses. The dumbbell shaped hole shows better film-cooling effectiveness than other shaped holes. And the louver and cylindrical shaped hole shows lower one, and concentrated flow on centerline only.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.167-171
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2012
A computational analysis of nozzle flow is conducted to investigate effects of the flight altitude on thrust performance. Reynolds-averaged Navier-Stokes equation with k-${\omega}$ SST(Shear Stress Transport) turbulence model is employed to simulate the nozzle flow in various altitude conditions, where continuum mechanics is to be valid. Thrust performance of the nozzle is exceedingly poor upto 10 km of flight altitude because of the irreversible phenomena such as shock and/or flow separation occurring inside the nozzle, whereas it is restored to the nominal value as the altitude is attained higher than 30 km.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.2
no.2
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pp.67-72
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2015
The main concern of this study is to integrate the EARSM into an industrial RANS solver in conjunction with the $k-{\omega}$ model, as proposed by Hellsten (EARSMKO2005). In order to improve the robustness, particular limiters are introduced to turbulent conservative variables, and a suitable full-approximation storage (FAS) multi-grid (MG) strategy is designed to incorporate turbulence model equations. The present limiters and MG strategy improve both robustness and efficiency significantly but without degenerating accuracy. Two discretization approachs for velocity gradient on cell interfaces are implemented and compared with each other. Numerical results of a three-dimensional supersonic square duct flow show that the proper discretization of velocity gradient improves the accuracy essentially. To assess the capability of the resulting EARSM $k-{\omega}$ model to predict complex engineering flow, the case of Common Research Model (CRM, Wing-Body) is performed. All the numerical results demonstrate that the resulting model performs well and is comparable to the standard two-equation models such as SST $k-{\omega}$ model in terms of computational effort, thus it is suitable for industrial applications.
Kim, Hyun-Goo;Noh, Yoo-Jeong;Lee, Choung-Mook;Park, Don-Bum
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.17
no.3
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pp.440-448
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2003
In the present paper, numerical simulations of buoyant plume dispersion in a neutral and stable atmospheric boundary layer have been carride out. A Lagrangian Stochastic Model (LSM) with a Non-Linear Eddy Viscosity Model (NLEVM) for turbulence is used to generate a Reynolds stress field as an input condition of dispersion simulation. A modified plume-rise equation is included in dispersion simulation in order to consider momentum effect in an initial stage of plume rise resulting in an improved prediction by comparing with the experimental data. The LSM is validated by comparing with the prediction of an Eulerian Dispersion Model (EDM) and by the measured results of vertical profiles of mean concentration in the downstream of an elevated source in an atmospheric boundary layer. The LSM predicts accurate results especially in the vicinity of the source where the EDM underestimates the peak concentration by 40% due to inherent limitations of gradient diffusion theory. As a verification study, the LSM simulation of buoyant plume dispersions under a neutral and stable atmospheric condition is compared with a wind-tunnel experiment, which shows good qualitative agreements.
The objective of this study is to investigate numerically the effect of building roof shaps on wind flow and pollutant dispersion in a street canyon with one row of trees of pore volume, $P_{vol}=96%$. A three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model is used to evaluate air flow and pollutant dispersion within an urban street canyon using Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the Explicit Algebraic Reynolds Stress Models (EARSM) based on k-${\varepsilon}$ turbulence model to close the equation system. The numerical model is performed with ANSYS-CFX code. Vehicle emissions were simulated as double line sources along the street. The numerical model was validated by the wind tunnel experiment results. Having established this, the wind flow and pollutant dispersion in urban street canyons (with six roof shapes buildings) are simulated. The numerical simulation results agree reasonably with the wind tunnel data. The results obtained in this work, indicate that the flow in 3D domain is more complicated; this complexity is increased with the presence of trees and variability of the roof shapes. The results also indicated that the largest pollutant concentration level for two walls (leeward and windward wall) is observed with the upwind wedge-shaped roof. But the smallest pollutant concentration level is observed with the dome roof-shaped.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.3
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pp.222-232
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2011
This article examines the scale effect of the flow characteristics, resistance and propulsion performance on a 317k VLCC. The turbulent flows around a ship in both towing and self-propulsion conditions are analyzed by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation together with the application of Reynolds stress turbulence model. The computations are carried out in both model- and full-scale. A double-body model is applied for the treatment of free surface. An asymmetric body-force propeller is used. The speed performances including resistance and propulsion factors are obtained from two kinds of methods. One is to analyze the computational results in model scale through the revised ITTC' 78 method. The other is directly to analyze the computational results in full scale. Based on the computational predictions, scale effects of the resistance and the self-propulsion factors including form factor, thrust deduction fraction, effective wake fraction and various efficiencies are investigated. Scale effects of the streamline pattern, hull pressure and local flow characteristics including x-constant sections, propeller and center plane, and transom region are also investigated. This study presents a useful tool to hull-form and propeller designers, and towing-tank experimenters to take the scale effect into consideration.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.1
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pp.93-103
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1998
The paper reports the outcome of a numerical study of flow over idealized L-shaped ribleted surfaces with two-equation turbulence models. In the present study, the Launder and Sharma's k-.epsilon. turbulence model (LS model) is basically N employed, but with a little modification of the additional .epsilon.-source term without affecting its level under 2-dimensional straining in which the term has been calibrated. Compared to the original LS model, the present model has predicted greatly improved drag reduction behavior for this geometry. As a drag reduction mechanism, it is found that the skin-friction in the riblet valleys might be sufficient to overcome the skin-friction increase near the riblet tip. The present predicted results are in good agreement with the recent DN S ones by Choi et al. (1993): differences in the mean velocity prof ile and turbulence quantities are found to be limited to the riblet cavity region. It is also found that turbulent kinetic energy and Reynolds shear stress above the riblets are also reduced in drag-reducing configurations.
In the present work, flow characteristics analysis has been performed for steam turbine bypass control valve (single-path type). The numerical analysis is performed by solving three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations. Shear stress transport (SST) model is used as turbulence closure. Symmetry condition is applied at the mid plane of the valve while adiabatic condition is used at the outer wall of the cage. Grid independency test is performed to find the optimal number of grid points. The pressure and temperature distributions on the outer wall of the cage are analyzed. Mass flow rate at maximum plug opening condition is compared with the designed mass flow rate.
A numerical study is carried out to analyze the steady three-dimensional turbulent flow and convective heat transfer in a staggered pin-fin array with diamond shaped elements at various geometrical configurations. Steady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and energy equation are solved using a finite volume based solver. Shear stress transport (SST) model is used as turbulence closure. The computational domain is composed of one pitch of pin-fin displacement with periodic boundary conditions on the surfaces normal to the streamwise direction and the cross-streamwise direction. The numerical results for Nusselt number and friction factor are validated with experimental results. The effects of pin angle, pin height and pitch on Nusselt number, friction factor and efficiency index are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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