Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.11
no.2
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pp.152-160
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2008
In the present paper, a transonic mixed-flow compressor that has relatively lower frontal area than that of centrifugal compressors is discussed, and aerodynamic design as well as performance prediction are performed. Main design constraints are compressor exit Mach number of 0.3 and flow angle of 30degrees at the design point, and maximum overall compressor diameter of 177mm, that is 7.0inch. The mass flow rate of design point and pressure ratio are 1.05kg/s and 5.2:1, respectively. The aerodynamic design results show that the transonic compressor designed with forward-swept inducer and curved diffuser can have the target performance with efficiency of 75% within the given constraints. And the compressor exit flow characteristics are discussed here.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.12
no.4
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pp.56-62
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2008
This study presents the aerodynamic design and numerical analysis results on a transonic centrifugal compressor which is used for gas turbine systems. Mean-line analysis and quasi-3D analysis are used for the aerodynamic design, and Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis is applied to flow analysis of the compressor. The aerodynamic parameters for a transonic compressor, such as pressure coefficient, swirl parameter, blade loading, are discussed, and flow characteristics in the impeller and diffuser are discussed.
This study presents unsteady and unstable characteristics of three stage transonic axial compressor, developed by Korea Aerospace Research Institute. As approaching to the unstable operating region at the 103% design speed of the compressor, a modal type stall precursor appears in front of highly loaded 3rd rotor row at first, and it propagates to the upstream. On the contrary, actual stall cell initiates from the stall precursor in front of the 1st rotor row, and it propagates to the downstream of the compressor. After the stall region reached the 3rd stage and stall cell rotates circumferentially about 360 deg, it develops to one dimensional compressor surge mode. It shows a mild surge behaviour with 3~4 Hz frequency. From the test data, it can be suggested that there is a priority to give an optimum blade loading distributions to construct a multi stage transonic axial compressor stages either to secure more stable compressor operating ranges, or to maximize the compressor efficiency.
Flow fields of a transonic centrifugal compressor are calculated using the commercial CFD code, CFX-TASCflow. Due to the transonic inlet condition, interactions between the shock wave and boundary layers and between the shock wave and tip leakage vortices generate complex flow structures and extra losses. The calculated results show that strong secondary flows due to high curvature and high rotational speed of the impeller. And streamlines near suction surface show that strong radially upward flow develops after the shock between the leading edge locations of main blade and splitter.
A numerical study based on the three-dimensional thin-layer Navier-Stokes solver is carried out to analyze the flowfield through a single stage transonic compressor. Explicit fout-step Runge-Kutta scheme with spatially variable time step and implicit residual smoothing is used. The governing equations we discretized with explcit finite difference method. Mired-out average method is used at the interface between rotor and stator. And, an artificial dissipation model is used to assure the stability of solution. The results with k-w turbulence model were compared to the results with Baldwin-Lomax model, and physical phenomena of transonic compressor are presented. The two turbulence models give the results that show reasonably good agreements with experimental data.
A numerical study based on the three-dimensional thin-layer Navier-Stokes solver is carried out to analyze the flowfield through a single stage transonic compressor. Explicit four-step Runge-Kutta scheme with spatially variable time step and implicit residual smoothing is used. The governing equations are discretized with exploit finite difference method. Mixed-out average method is used at the interface between rotor and stator. And, an artificial dissipation model is used to assure the stability of solution. The results with k-$\omega$ turbulence model were compared to the results with Baldwin-Lomax model, and physical phenomena of transonic compressor are presented. The two turbulence models give the results that show reasonably good agreements with experimental data.
It is known that tip clearance flows reduce the pressure rin, flow range and efficiency of the turbomachinery. So, the clear understanding about flow fields in the tip region is needed to efficiently design the turbomachinery. The Navier-Stokes code with the proper treatment of the boundary conditions has been developed to analyze the three-dimensional steady viscous flow fields in the transonic rotating blades and a numerical study has been conducted to investigate the detail flow physics in the tip region of transonic rotor, NASA Rotor 67. The computational results in the tip region of transonic rotors show the leakage vortices, leakage flow from pressure side to suction side and their interaction with a shock Depending on the operating conditions, the position of shock-wave on the blade surface are v8y different close to the blade tip of the transonic compressor rotor. The shock-wave position dose to the blade tip had the dose relationship with the starting position of leakage vortex and the direction of leakage flow.
Park, Tae Choon;Kang, Young-Seok;Hwang, Oh-Sik;Song, Ji-Han;Lim, Byeung Jun
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.15
no.6
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pp.77-84
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2012
The aerodynamic performance of a single-stage transonic axial compressor was experimentally evaluated by measuring pressure and temperature distribution at the inlet and outlet of the compressor. The compressor was developed by Korea Aerospace Research Institute through multidisciplinary design optimization (MDO) method, especially integrating aerodynamic performance and structural stability. The test results show that the pressure ratio is 1.65 and the efficiency is 85.8 % at design point, where the corrected speed is 22,000 rpm and the corrected mass flow rate is 15.4 kg/s, and it has a good agreement with the design target and computational results. The distribution of pressure ratio is very steep at design speed, compared with the trend of other subsonic compressors. Also the static pressure distribution on the stator casing shows that the blade loading is gradually increasing through the stage as designed.
Shape optimization of a rotor blade in a single-stage transonic axial compressor has been performed using a response surface method and three-dimensional Navier-Stokes analysis. Two shape variables of the rotor blade, which are used to define a blade skew, are introduced to increase an adiabatic efficiency. Throughout the shape optimization of a rotor blade, the adiabatic efficiency is increased to about 2.2 percent compared to that of the reference shape of the stator. The increase in efficiency for the optimal shape of the rotor is due to the pressure enhancement, which is mainly caused by moving the separation position on the suction surface of rotor blade to the downstream direction.
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