In the Francis turbine, the leakage flow through the runner gaps which are between the runner and the stator structure influences the internal flow and hydraulic performance. Thus, the investigation for the flow characteristics induced by the runner gaps is important. However, the runner gaps are often disregarded by considering the time and cost of the numerical analysis. Therefore, in this study, the flow characteristics according to runner gaps of the Francis turbine model were investigated including the leakage flow of the runner cone. The three-dimensional unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes analyses were conducted using a scale-adaptive simulation shear stress transport as a turbulence model for observing the influence of the leakage flow on the internal flow and hydraulic performance. The efficiencies were decreased slightly with runner gaps; and the complicated flows were captured in the gaps.
In this study, CFD is used to compare and analyze the flow characteristics using reflected pressure wave during the intersection of two trains in straight tunnel. Two tunnels of different lengths; 600 m and 3,400 m were designed and numerical analysis of the flow characteristics of two tunnels carried out by setting the crossing state of the two trains at a constant velocity of 27 m/s form the center of the tunnel. The simulation model was designed using the actual tunnel and subway dimensions The train motion was achieved by using the moving mesh method. For the numerical analysis, $k-{\omega}$ standard turbulence model and an ideal gas were used to set the flow conditions of three-dimensional, compressible and unsteady state. In the analysis results, it was observed that the inside of the long tunnel without interference of the reflected pressure wave was maintained at a pressure lower than the atmospheric pressure and that the flow direction was determined by the pressure gradient and shear flow. On the other hand, the flow velocity in the short tunnel was faster and the pressure fluctuation was noted to have increased due to the reflected pressure wave, with more vortices formed. In addition, the flow velocity was noted to have changed more irregularly.
본 연구는 연료(수소)층과 산화제(공기)층의 사이에 불활성기체(질소)또는 연료(수소)를 평행분사하는 수치해석을 다루고 있다. 수치해석을 위해서 완전 보존되는 비정상 2차 시간정확도법과 2차 TVD방법이 유한 체적법과 사용되었다. 결과는 3가지 종류로 구성되어있다. 첫째는 연료와 산화제의 단일 혼합층이고, 둘째는 연료와 산화제의 사이에 불활성기체를 분사하는 방식이며, 세 번째는 연료와 산화제의 사이에 연료를 분사하는 방식이다. 전체 유동층의 수직두께는 4cm이며 삽입된 중간층의 두께는 1,2,4mm의 세가지 경우에 대하여 계산하였다.
Clocking effects of a stator on the performance and internal flow in an UTRC 1.5 stage axial turbine are investigated using a three-dimensional unsteady flow simulation. Six relative positions of two rows of stator are investigated by positioning the second stator being clocked in a step of 1/6 pitch. The relative efficiency benefit of about 1% is obtained depending on the clocking positions. However, internal flows have some different characteristics from that in the previous study at the best and worst efficiency positions, since the first stator wake is mixed out with the rotor wake before arriving at the leading edge of the second stator. Instead of the first stator wake, it is found that the wake interaction of the first stator and rotor has a important role on a relative efficiency variation at each clocking position. The time-averaged local efficiency along the span at the maximum efficiency is more uniform than that at the minimum efficiency. That is, the spanwise efficiency distribution at the minimum efficiency has larger values in mid-span but smaller values near the hub and casing in comparison to those at the maximum efficiency. Moreover, the difference between maximum and minimum instantaneous efficiencies during one period is found to be smaller at the maximum efficiency than at the minimum efficiency.
Parallel finite element code has been recently developed for the analysis of the incompressible Wavier-Stokes equations using domain decomposition method. Metis and MPI libraries are used for the domain partitioning of an unstructured mesh and the data communication between sub-domains, respectively. For unsteady computation of the incompressible Navier-Stokes equations, 4-step splitting method is combined with P1P1 finite element formulation. Smagorinsky and dynamic model are implemented for the simulation of turbulent flows. For the validation performance-estimation of the developed parallel code, three-dimensional Laplace equation has been solved. It has been found that the speed-up of 40 has been obtained from the present parallel code fir the bench mark problem. Lastly, the turbulent flows around the MIRA model and Tiburon model have been solved using 32 processors on IBM SMP cluster and unstructured mesh. The computed drag coefficient agrees better with the existing experiment as the mesh resolution of the region increases, where the variation of pressure is severe.
The noise sources from a rotating cylinder were identified to describe the blunt trailing edge noise. Firstly, LES formulation was applied to a non-orthogonal grid system and was tested with three-dimensional cross-flow over a cylinder with a yaw angle. The computed far-field noise showed peaks at Strouhal numbers ranging from 0.135 to 0.165 for the yawed cylinder flow with end-plates placed at both extremes under the yaw angle of $30^{\circ}$ and Reynolds number of $1.15{\times}10^4$. It was observed that the slantwise shedding at angles other than the cylinder yaw angle is intrinsic to inclined cylinder, with the result of shedding angles between $15^{\circ}$ and $31^{\circ}$. To study the trailing-edge wake thickness and unsteady lift-coefficient distribution in the span-wise direction of a rotating fan blade, the flows around rotating cylinder with 1,000 rpm were simulated and the far-field noise was exactly computed using the Ffowcs-Williams and Hawkings equation with quadrupole source term. The incoming velocities and stagnant zones were continuously distributed along the cylinder, and their changes made the Strouhal sheddings to occur at different phases even at almost same Strouhal number.
Clocking effects of a stator on the performance and internal flow in an UTRC 1.5 stage axial turbine are investigated using a three-dimensional unsteady flow simulation. Six relative positions of two rows of stator are investigated by positioning the second stator being clocked in a step of 1/6 pitch. The relative efficiency benefit of about 1% is obtained depending on the clocking positions. However, internal flows have some different characteristics from that in the previous study at the best and worst efficiency positions, since be first stator wake is mixed out with the rotor wake before arriving at the leading edge of the second stator. Instead of the first stator wake, it is found that the wake interaction of the first stator and rotor has a important role on a relative efficiency variation at each clocking position. The time-averaged local efficiency along the span at the maximum efficiency is more uniform than that at the minimum efficiency. That is, the spanwise efficiency distribution at the minimum efficiency has larger values in mid-span but smaller values near the hub and casing in comparison to those at the maximum efficiency. Moreover, the difference between maximum and minimum instantaneous efficiencies during one period is found to be smaller at the maximum efficiency than at the minimum efficiency.
In order to investigate the change of contact force of pantograph pan head due to the change of aerodynamic force, three dimensional flow around the pan head were calculated. For this, the aerodynamic modeling of pan head of CX pantograph was performed and the standard deviation of the contact force of the simulation results were compared with those of the experimental results of wind tunnel tests. From the comparison, it was confirmed that the current grid system and the numerical methodologies can be utilized to calculate the aerodynamic characteristics of the pantograph pan head. By using these grid system and the methodologies, the standard deviations of the contact force of pan head were calculated with velocities as 200, 250, 300, 350, and 400 km/h. The maximum standard deviation of the aerodynamic contact force of pan head was 92 N at 400 km/h and statistical minimum contact force was more than 0 N. Therefore, it was confirmed that and the pan head of CX pantograph was statistically contacted with the catenary system with the train speed of 350 km/h though the aerodynamic contact force was changed.
The turbo blowers having large power capacity are generally composed of the variable inlet guide vane, the impeller and the variable diffuser. In the present study, the effect of the stagger angles on the aerodynamic performances has been investigated by CFD methods. The design specifications of the reference model having 400kW power were given as 7.43kg/s of mass flow rate, 1.66 of pressure ratio with 12000rpm of impeller rotating speed. As the first simulation parameter, the diffuser vane angle was varied in the range of ${\pm}$20 degree from the initial-design point. The inlet guide vane angles, as the second one, was changed in the range of ${\pm}$40 degree from the initial-design point. The commercial Navier-Stokes solver, ANSYS-CFX, was applied to solve the three-dimensional unsteady flow fields inside the turbo blower. Through the numerical results, the desirable setting angles were proposed to fit the best performance to the variation of the operating conditions.
선박 기관실의 고정식 소화장치로 사용되는 $CO_2 $ 소화장치의 소화효과에 영향을 미칠 수 있는 인자 중 분사노즐위치를 변화시켜 이산화탄소 소화제 전달특성에 대한 전산모이실험을 3차원 비정상상태로 수행하였다. 노즐위치에 따라 유동장과 $CO_2$ 소화제 농도장을 계산하였다 소화제 분사노즐을 공간의 천장 중앙에 매치 한 경우, 천장에 형성되는 대칭 천장 제트가 대칭면에서 서로 부딪혀 저농도 하향 유동을 발생시켜 분사주위에는 규정농도 이하의 농도분포를 형성시킨다. 벽의 모서리에서는 소화제질량전달이 촉진되는 경향으로 인해 농도곡선은 모서리 부근에서 피크를 나타낸다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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