In this paper, numerical study on a mixed-flow pump for irrigation and drainage has been performed based on three-dimensional viscous flow analysis. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with shear stress transport turbulence model are discretized by finite volume approximations and solved by the commercial CFD code ANSYS CFX-11.0. A structured grid system is constructed in the computational domain, which has O-type grids near the blade surfaces and H/J-type grids in other regions. The numerical results were validated with experimental data for the heads and efficiencies at different flow coefficients. The efficiency at the design flow coefficient is evaluated with the variation of two geometric variables related to area of discharge and length of the vane in the diffuser. The results show that efficiency of the mixed-flow pump at the design flow coefficient is improved by the modifications of the geometry.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.10
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pp.2533-2542
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1994
This paper suggests a simple approach to determining the screw characteristics for a three0dimensional flow in a channel with a finite aspect ratio(ratio of a width to a depth, W/H) by introducing a Total Shape Factor($F_t$) to correct a two-dimensional flow analysis for a channel with an infinite aspect ratio. In the present study, the Total Shape Factor($F_t$) was defined as a ratio of a net flow rate obtained by the three-dimensional analysis to that by the two-dimensional analysis. In the proposed approach, the quantity, $ \frac{{\partial}F_t}{\partial(H/W)}$ turns out to be almost constant and to play an important role in understanding the effects of the flights. Therefore, $ \frac{{\partial}F_t}{\partial(H/W)}$ are extensively reported in this paper in terms of several dimensionless parameters. This simple approach with such database will be very useful for extruder designers to predict the screw characteristics.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.12
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pp.3287-3296
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1994
For the numerical computation of three-dimensional compressible flow field within a blade row in a centrifugal compressor, a quasi 3-dimensional solver which combines a reversible B-B flow and an irreversible H-S flow using finite element methods was developed. In a reversible B-B flow, the governing coordinates are modified in order to be applied to any type of turbomachinery, and two kinds of stream functions are introduced in order to make the Kutta condition exactly satisfied. In an irreversible H-S flow, the changes of entropy in the irreversible governing equations are determined not by empirical source but by the theoretical treatment of dissipation forces. The dissipation forces are obtained from the distribution of shear stresses in the flow passage which are given from the wall shear stresses using the exponential functions. A more accurate quasi-3-dimensional solver is established where the effect of body forces is involved in the non-axisymmetric H-S flow. Some numerical results obtained from authors' previous studies for axial flow machines assure that the present method is able to predict well as long as the flow is subsonic and not under strong viscous effect.
Experimental and computational studies were performed to determine the effects of different blade designs on a flow pattern inside a double-spindle counter rotating mower deck. In the experimental study, two different blade models were tested by measuring air velocities using a forward-scatter LDV system. The velocity measurements were taken at several different azimuth and axial sections inside the deck. The measured velocity distributions clarified the air flow pattern caused by the rotating blades and demonstrated the effects of deck and blade designs. A high-speed video camera and a sound level meter were used for flow visualization and noise level measurement. In the computational works, two-dimensional blade shapes at several arbitrary radial sections have been selected for flow computations around the blade model. For three-dimensional computation applied a non-inertia coordinate system, a flow field around the entire three-dimensional blade shape is used to evaluate flow patterns in order to take radial flow interactions into account. The computational results were compared with the experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.10
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pp.1335-1342
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2000
Three-dimensional flow analysis and numerical optimization methods are presented for the design of an axial-flow fan. Steady, incompressible, three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are used as governing equations, and standard k- ${\varepsilon}$ turbulence model is chosen as a turbulence model. Governing equations are discretized using finite volume method. Steepest descent method, conjugate gradient method and BFGS method are compared to determine the searching directions. Golden section method and quadratic fit-sectioning method are tested for one dimensional search. Objective function is defined as a ratio of generation rate of the turbulent kinetic energy to pressure head. Two variables concerning sweep angle distribution are selected as the design variables. Performance of the final fan designed by the optimization was tested experimentally.
The performance of the SIMPLE, SIMPLE-C and PISO algorithms for the treatment of the pressure-velocity coupling in fluid flow problems were examined by comparing the computational effort required to obtain the same level of the convergence. Example problems are circular duct and 90-degree bent square-duct. For circular duct case, laminar and turbulent flow were computed. For 90-degree bent square-duct case, laminar flow was simulated by the time-marching method as well as the iterative method. The convergence speed of the other two algorithms are not always superior to SIMPLE algorithm. SIMPLE algorithm is faster than SIMPLE-C algorithm in the simple laminar flow calculations. The application of the PISO algorithm in three dimensional general coordinates is not so effective as in two-dimensional ones. Since computational time of PISO algorithm is increased at each time step(or iterative step) in three dimension, the total convergence speed is not decreased. But PISO algorithm is stable for large time step by using time marching method,.
Three-dimensional flow analysis and numerical optimization methods are presented for the design of an axial-flow fan. Steady, Incompressible, three-dimensional Reynolds-averaged Wavier-Stokes equations are used as governing equations, and standard k-$\epsilon$ turbulence model is chosen as a turbulence model. Governing equations are discretized using finite volume method. Steepest descent method, conjugate gradient method and BFGS method are compared to determine the searching directions. Golden section method and quadratic fit-sectioning method are tested for one dimensional search. Objective function is defined as a ratio of generation rate of the turbulent kinetic energy to pressure head. Sweep angle distributions are used as design variables.
Three-dimensional flow phenomena in a wire-wrapped 37-pin fuel assembly mock-up of a Japanese loop-type sodium-cooled fast reactor, Monju, were investigated with a numerical analysis using a general-purpose commercial computational fluid dynamics code, CFX. Complicated and vortical flow phenomena in the wire-wrapped 37-pin fuel assembly were captured by a Reynolds-averaged Navier-Stokes flow simulation using a shear stress transport turbulence model. The main purpose of the current study is to understand the three-dimensional complex flow phenomena in a wire-wrapped fuel assembly to support the license issue for the core design. Computational fluid dynamics results show good agreement with friction factor correlation models. The secondary flow in the corner and edge subchannels is much stronger than that in an interior subchannel. The axial velocity averaged in the corner and edge subchannels is higher than that averaged in the interior subchannels. Three-dimensional multiscale vortex structures start to be formed by an interaction between secondary flows around each wire-wrapped pin. Behavior of the large-scale vortex structures in the corner and edge subchannels is closely related to the relative position between the hexagonal duct wall and the helically wrapped wire spacer. The small-scale vortex is axially developed in the interior subchannels. Furthermore, a driving force on each wire spacer surface is closely related to the relative position between the hexagonal duct wall and the wire spacer.
The effect of tip clearance height on the three-dimensional flow and aerodynamic loss in the wake region of a high-turning turbine rotor cascade has been investigated with a miniature cone-type five-hole probe. Distributions of velocity magnitude, secondary velocity vectors, and total-pressure loss coefficient are presented for three tip gap-to-span ratios of h/s = 0.0, 0.5 and 1.0 percent. The result shows that with the increment of h/s, tip leakage vortex tends to be intensified and aerodynamic loss due to the leakage vortex is increased as well. In the case of h/s = 1.0 percent, aerodynamic loss in the tip-leakage flow region is found dominant in comparison with that in the passage vortex region. With increasing h/s, mass-averaged secondary loss coefficient has a greater portion in the mass-averaged total-pressure loss coefficient.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.5
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pp.55-65
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1998
A numerical and experimental study of three-dimensional steady incompressible non-reacting flow inside various dual-monolith catalytic converters has been conducted for achievement of performance improvement, reduction of light-off time and longer service life by improving the flow uniformity within the monolith. In this study, the effects of curvature of inlet exhaust pipe and monolith brick length on the flow uniformity and pressure drop within monolith were numerically investigated. The computations are confirmed by measurements of steady flow. The agreement between computations and experiment was relatively good. The result of this study shows that curvature of inlet exhaust pipe and monolith brick length gave a great effect on the flow uniformity and the shorter the brick length, the lower flow uniformity and the less pressure drop.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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