For a given axial turbine blade, reverse design method is developed to improve blade efficiency, optimize blade profile, or repair parts etc. In this process, design parameters for designing axial turbine blade are induced. The induced design parameters are as follows; ellipse at leading edge, radios of trailing edge, axial chord, tangential chord, wedge angle at the inlet, and unguided turning angle. Suction and pressure surfaces of turbine blade are described by cubic polynomials. Two sample blades we chosen and their blade profiles are measured at the mean radius. Values of design parameters for sample blades are obtained by the reverse design method. Re-designed blade profiles using calculated design parameters are compared with the measured data, and they show good agreement. So, the developed design method could be applied to design general turbine blades. Various blade shapes are designed, and they show that designed blade profiles can be adjusted by controlling design parameters.
This study aimed to observe the effect of a novel concept (referred to as the flap extension) implemented on the leading edge of the flap of a three element high lift device. The high lift device, consisting of a flap, main element and slat is designed around an Airbus research profile for sufficient take off and landing performance of a large commercial aircraft. The concept is realised on the profile and numerically optimised to achieve an optimum geometry. Two different optimisation approaches based on Genetic Algorithm optimisations are used: a zero order approach which makes simplifying assumptions to achieve an optimised solution: as well as a direct approach which employs an optimisation in ANSYS DesignXplorer using RANS calculations. Both methods converge to different optimised solutions due to simplifying assumptions. The solution to the zero order optimisation showed a decreased stall angle and decreased maximum lift coefficient against angle of attack due to early stall onset at the flap. The DesignXplorer optimised solution matched that of the baseline solution very closely. The concept was seen to increase lift locally at the flap for both optimisation methods.
High-fidelity RANS simulations are presented for a ducted marine propulsor, including verification & validation (V&V) using available experimental fluid dynamics (EFD) data. CFDSHIP-IOWA is used with $\textsc{k}-\omega$ turbulence model and extensions for relative rotating coordinate system and Chimera overset grids. The mesh interpolation code PEGASUS is used for the exchange of the flow information between the overset grids. Intervals V&V for thrust, torque, and profile averaged radial velocity just downstream of rotor tip are reasonable in comparison with previous results. Flow pattern displays interaction and merging of tip-leakage and trailing edge vortices. In interaction region, multiple peaks and vorticity are smaller, whereas in merging region, better agreement with EFD. Tip-leakage vortex core position, size, circulation, and cavitation patterns for $\sigma=5$ also show a good agreement with EFD, although vortex core size is larger and circulation in interaction region is smaller.
Zamani, Mahdi;Maghrebi, Mohammad Javad;Moshizi, Sajad A.
Wind and Structures
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제22권5호
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pp.595-616
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2016
Providing high starting torque and efficiency simultaneously is a significant challenge for vertical axis wind turbines (VAWTs). In this paper, a new approach is studied in order to modify VAWTs performance and cogging torque. In this approach, J-shaped profiles are exploited in the structure of blades by means of eliminating the pressure side of airfoil from the maximum thickness toward the trailing edge. This new profile is a new type of VAWT airfoil using the lift and drag forces, thereby yielding a better performance at low TSRs. To simulate the fluid flow of the VAWT along with J-shaped profiles originated from NACA0018 and NACA0030, a two-dimensional computational analysis is conducted. The Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are closed using the two-equation Shear Stress Transport (SST) turbulence model. The main objective of the study is to investigate the effects of J-shaped straight blade thickness on the performance characteristics of VAWT. The results obtained indicate that opting for the higher thickness in J-shaped profiles for the blade sections leads the performance and cogging torque of VAWT to enhance dramatically.
Losses on the turbine consist of the mechanical loss, tip clearance loss, secondary flow loss and blade profile loss etc.,. More than 60 % of total losses on the turbine is generated by the two latter loss mechanisms. These losses are directly related with the reduction of turbine efficiency. In order to provide a new design methodology for reducing losses and increasing turbine efficiency, a two-dimensional axial-type turbine blade shape is modified by the optimization process with two-dimensional compressible flow analysis codes, which are validated by the experimental results on the VKI turbine blade. A turbine blade profile is selected at the mean radius of turbine rotor using on a heavy duty gas turbine, and optimized at the operating condition. Shape parameters, which are employed to change the blade shape, are applied as design variables in the optimization process. Aerodynamic, mechanical and geometric constraints are imposed to ensure that the optimized profile meets all engineering restrict conditions. The objective function is the pitchwise area averaged total pressure at the 30% axial chord downstream from the trailing edge. 13 design variables are chosen for blade shape modification. A 10.8 % reduction of total pressure loss on the turbine rotor is achieved by this process, which is same as a more than 1% total-to-total efficiency increase. The computed results are compared with those using 11 design variables, and show that optimized results depend heavily on the accuracy of blade design.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제31권7호
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pp.842-851
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2007
Oscillating foil propulsion, the engineering application of fish-like movement of a hydrofoil, has received in recent decades as a possible competitor for propellers. The oscillating foil produces an effective angle of attack, resulting in a normal force vector with thrust and lift components, and it can be expected to be a new highly effective propulsion system. We have explored propulsion hydrodynamics as a concept in wake flow pattern. The present study has been examined various conditions such as oscillating frequencies and amplitudes in NACA0010 profile. Flow visualizations showed that high thrust was associated with the generation of moderately strong vortices, which subsequently combine with trailing-edge vorticity leading to the formation of a reverse $K\acute{a}rm\acute{a}n$ vortex street. Vortex generation was inherent to jet production and playeda fundamental role in the wake dynamics. And it was shown that the strong thrust coefficient obtained as the Strouhal number was larger.
Using the geometric and the vector methods, three dimensional surface texture and roughness models in flat end milling are developed. In these models, rear cutting effect on surface generation is considered along with tool run-out and tool setting error including tool tilting and eccentricity between tool center and spindle rotational center. Rear cutting is the secondary cutting of the already machined surface by the trailing cutting edge. The effects of tool geometry and tool deflection on surface roughness are also considered. For representing the surface texture more practically, three dimentional surface topography parameters such as RMS deviaiton, skewness and kurtosis are introduced and used in expressing the surface texture characteristics. Under various cutting conditions, it is confirmed that the developed models predict the real surface profile precisely. These models could contribute to the cutter design and cutting condition selection for the reduction of machining and manual finishing time.
Because of the energy resources shortage and global pollution, the wind power systems have been developed consistently. Among the components of the wind power system, the rotor blades are the most important component. Generally it is made of GFRP material. Recently, GFRP material has been replaced by CFRP composite material in the blade which has an aerodynamic profile and twisted tip. However the failures has occurred in the trailing edge of the blade by the severe wind loading. Thus, tougher material than CFRP material is needed as like the aramid fiber. In this study, we investigated the mechanical behaviors of the blade using aramid fiber composites about wind speed variation. One-way FSI (fluid-structure interaction)analysis for the wind rotor blade was conducted. The structural analyses using the surface pressure loading resulted from wind flow field analysis were carried out. The results and analysis procedure in this paper can be utilized for the best strength design of the blade with aramid fiber composites.
Zhang, Yongchao;Yang, Minguan;Ni, Dan;Zhang, Ning;Gao, Bo
Nuclear Engineering and Technology
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제50권3호
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pp.368-378
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2018
Understanding of turbulent flow in the reactor coolant pump (RCP) is a premise of the optimal design of the RCP. Flow structures in the RCP, in view of the specially devised spherical casing, are more complicated than those associated with conventional pumps. Hitherto, knowledge of the flow characteristics of the RCP has been far from sufficient. Research into the nonintrusive measurement of the internal flow of the RCP has rarely been reported. In the present study, flow measurement using particle image velocimetry is implemented to reveal flow features of the RCP model. Velocity and vorticity distributions in the diffuser and spherical casing are obtained. The results illuminate the complexity of the flows in the RCP. Near the lower end of the discharge nozzle, three-dimensional swirling flows and flow separation are evident. In the diffuser, the imparity of the velocity profile with respect to different axial cross sections is verified, and the velocity increases gradually from the shroud to the hub. In the casing, velocity distribution is nonuniform over the circumferential direction. Vortices shed consistently from the diffuser blade trailing edge. The experimental results lend sound support for the optimal design of the RCP and provide validation of relevant numerical algorithms.
The main objective of the present study is to investigate the roles of the micro-dimpled surface on the drag reduction. To investigate the effectiveness of the micro-dimpled surface, the flat plates are prepared. The micro-size dimples are directly carved on the metal surface by ultrasonic nano-crystal surface modification (UNSM) method. Momentum of the main flow is increased by the dimple patterns within the turbulent boundary layer (TBL), however, there is no significant change in the turbulence intensity in the TBL. The influence of dimple patterns is examined through the flow field survey near the flat plate trailing edge in terms of the profile drag. The wake flow velocities in the flat plate are measured by PIV technique. The maximum drag reduction rate is 4.6% at the Reynolds number of $10^6{\sim}10^7$. The dimples tend to increase the drag reduction rate consistently even at high Reynolds number range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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