In the present study, CFD methods are applied in the design procedure of rotor blades in a axial-flow fan and the aerodynamic performances are predicted. The blade profiles initially determined by the free vortex method and empirical formula are modified to match the target value of the rotor work load through the analysis of 3D Navier-Stokes solver. The corrected shapes of the rotor blade showed the increase of the efficiency and the pressure simultaneously.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.2
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pp.94-104
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2013
This paper describes the design to increase the blade loading factor of a low speed axial flow fan from normal 0.42 to highly loaded 0.55. A three-dimensional viscous solver is used to model the flows in the highly-loaded and normal loaded stages over its operation range. At the design point operation the static pressure rise can be increased by 20 percent with a deficit of efficiency by 0.3 percent. In the highly loaded fan stage, the rotor hub flow stalls, and separation vortex extends over the rotor hub region. The backflow, which occurs along the stator hub-suction surface, changes the exit flow from the prescribed axial direction. Results in this paper confirm that the limitation of the two dimensional diffusion does not affect primarily on the fan's performance. Highly loaded fan may have actually better performance than its two dimensional design. Three dimensional designing approaches may lead to better highly loaded fan with controlled rotor hub stall.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.2
no.1
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pp.24-30
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2015
In helicopter bearingless rotor design, the flexbeam is the key component of rotor system, which plays an importantrole in the blade flapping, lead-lag movement, torsion, and load transfer. Flexbeam must have the minimum torsion stiffness with enough tension strength. In this paper, we first investigated the torsion stiffness of different cross section configurations of the flexbeam through some simple experiments. Then we analyzed a rotor's dynamical characteristics with finite element method and got the rotor's fan plot. After that, we studied the relationship between the frequency changes with the spanwise distribution of mass and stiffness in bearingless rotor. Finally, we analyzed the influence of the flexbeam on dynamical characteristics of the bearingless rotor system, and completed the design of this type of rotor flexbeam.
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.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2001.05a
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pp.418-422
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2001
This paper presents a developed squired cage induction motor for axial flow fan. The developed squirrel cage induction noter for axial flow fan is exchanged the position, rotor and stater. In this method a fan blade is attached to outside rotor. So we can protect the motor from rain and reduce noise, and there is no need to have bending duct to locate the fan motor. Carried out experimental test with this induction motor, and the results were as follows. Starting torque was 21kgㆍcm@120V, maximum efficiency was 0.84@120V. The characteristics of tests were the same as double squirrel-cage type IM.
Park, Hyun-Soo;Cho, Lee-Sang;Kang, Hyun-Koo;Cho, Jin-Soo
Proceedings of the KSME Conference
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2003.11a
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pp.822-827
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2003
Experiments were done for the three dimensional unsteady flow in a counter rotating axial flow fan under stable operating condition. Flow fields in a counter rotating axial flow fan were measured at cross-sectional planes of the upstream and downstream of each rotor. Cross sectional flow patterns were investigated through the acquired data by the $45^{\circ}$ inclined hot-wire. Flow characteristics such as tip vortex, secondary flow and tip leakage flow were confirmed through axial, radial and tangential velocity vector plot. Swirl velocity, which was generated by the front rotor, was recovered in the form of static pressure rise by the rear rotor except for hub and tip regions.
The experiments of the Aerodynamic characteristics of a counter-rotating axial fan were carried out. The performance tests of a single and a counter-rotating axial fan were carried out based on the Korean Standard Testing Methods for Turbo-fans and Blowers(KS B 6311). The performances of single and counter-rotating axial fans were obtained and compared with each other. The flow fields of a counter-rotating axial fan at the peak efficiency point were measured using a five-hole probe. As a result, compared with the performance of a single-rotating axial fan, that of a counter-rotating axial fan was superior. And it is confirmed that most of the swirl flow generated by the front rotor was eliminated by the rear rotor.
The present work describes the prediction method for the unsteady flow field and the acoustic pressure field of a ducted axial fan. The prediction method is comprised of time-marching free-wake method, acoustic analogy, and the Kirchhoff-Helmholtz BEM. The predicted sound signal of a rotor is similar to the experiment one. We assume that the rotor rotates with a constant angular velocity and the flow field around the rotor is incompressible and inviscid. Then, a time-marching free-wake method is used to model the fan and to calculate the flow field. The force of each element on the blade is calculated by the unsteady Bernoulli equation. Lowson's method is used to predict the acoustic source. The newly developed Helmholtz-Kirchhoff BEM lot thin body is used to calculate tile sound field of the ducted fan. The ducted fan with 6 blades is analysed and the sound field around the duct is calculated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.2
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pp.181-188
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2004
The frequency characteristics in an axial flow fan operating at a design and three off-design operating conditions have been investigated by measuring the velocity fluctuation of a tip leakage vortex and a wake flow. Two hot-wire probe sensors rotating with the fan rotor. a fixed and a moving ones, were introduced to obtain a cross-correlation coefficient between two sensors as well as the fluctuating velocity. The results show that the spectral peaks due to the fluctuating velocity near the rotor tip are mainly observed in the reverse flow region of higher flow rates than those in the peak pressure operating condition. However, no peak frequency presents near the rotor tip for near stall condition. Detailed wake flow just downstream of the rotor blade was also measured by the rotating hot-wire sensor. The peak frequency of a high velocity fluctuation due to Karman vortex shedding in the wake region is mainly observed at the higher flow rate condition than that in the design point.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.3
s.234
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pp.322-329
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2005
The flow characteristics in the blade passage and in the wake region of a low speed axial flow fan have been investigated by experimental analysis using a rotating hot-wire sensor for design and off-design operating conditions. The results show that the tip leakage vortex is moved upstream when flow rate is decreased, thus disturbing the formation of wake flow near the rotor tip. The tip leakage vortex interfaces with blade pressure surface, and results in high velocity fluctuation near the pressure surface. From axial velocity distributions downstream of the fan rotor, large axial velocity decay near the rotor tip is observed at near stall condition, which results in large blockage compared to that at the design condition. Although the wake flow downstream of the rotor blade is clearly measured at all operating conditions, the trough of the high velocity fluctuation due to Karmann vortex street in the wake flow is mainly observed at a higher flow condition than the design flow rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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