The purpose of this study is not only to investigate the effects of air layer in the turbine chamber on the performance and internal flow of the cross-flow turbine, but also to suggest a newly developed air supply method. Field test is performed in order to measure the output power of the turbine by a new air supply method. CFD analysis on the performance and internal flow of the turbine is conducted by an unsteady state calculation using a two-phase flow model in order to embody the air layer effect on the turbine performance effectively. The result shows that air layer effect on the performance of the turbine is considerable. The air layer located in the turbine runner passage plays the role of preventing a shock loss at the runner axis and suppressing a recirculation flow in the runner. The location of air suction hole on the chamber wall is very important factor for the performance improvement. Moreover, the ratio between air from suction pipe and water from turbine inlet is also significant factor of the turbine performance.
Recently, micro hydropower attracts attention because of its clean, renewable and abundant energy resources to develop. However, suitable turbine type is not normalized yet in the range of micro hydropower and it is necessary to study for the effective turbine type. Moreover, relatively high manufacturing cost by the complex structure of the turbine is the highest barrier for developing the micro hydropower turbine. Therefore, a cross-flow turbine is proposed for micro-hydropower in this study because of its simple structure and high possibility of applying to low head. The purpose of this study is to further simplify the turbine structure and improve the performance, A guide vane is removed and the runner chamber is made compact using a new air supply method. The results show that the efficiency of the turbine is improved in a wide operating range and the size of the turbine is remarkably reduced.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권2호
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pp.296-303
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2006
Recently, micro hydropower attracts attention because of its clean. renewable and abundant energy resources to develop. However, suitable turbine type is not normalized yet in the range of micro hydropower and it is necessary to study for the effective turbine type. Moreover, relatively high manufacturing cost by the complex structure of the turbine is the highest barrier for developing the micro hydropower turbine. Therefore a cross-flow turbine is proposed for micro-hydropower in this study because of its simple structure and high possibility of applying to low head. The purpose of this study Is to further optimize the turbine structure and improve the performance. A guide vane is removed and the runner chamber is made compact using a new air supply method. The results show that the efficiency of the turbine is improved in a wide operating range and the size of the turbine is remarkably reduced.
The cross flow turbine attracts more and more attention for its relatively wide operating range and simple structure. In this study, a novel type of micro cross flow turbine is developed for application to a step in an irrigational channel. The head of the turbine is only H=4.3m and the turbine inlet channel is open ducted type, which has barely been studied. The efficiency of the turbine with inlet open duct channel is relatively low. Therefore, a guide nozzle on the turbine inlet is attached to improve the performance of the turbine. The guide nozzle shapes are investigated to find the best shape for the turbine. The guide nozzle plays an important role on directing flow at the runner entry, and it also decreases the negative torque loss by reducing the pressure difference in Region 1. There is 12.5% of efficiency improvement by attaching a well shaped guide nozzle on the turbine inlet.
The cross flow turbine is economical because of its simple structure. For remote rural region, there are needs for a more simple structure and very low head cross flow turbines. However, in this kind of locations, the water from upstream always flows into the turbine with some other materials such as sand and pebble. These materials will be damage to the runner blade and shorten the turbine lifespan. Therefore, there is a need to develop a new type of cross flow turbine for the remote rural region where there is availability of abundant resources. The new design of the cross flow turbine has an inlet open duct, without guide vane and nozzle to simplify the structure. However, the turbine with inlet open duct and very low head shows relatively low efficiency. Therefore, the purpose of this study is to optimize the shape of the turbine inlet to improve the efficiency, and investigate the internal flow of a very low head cross flow turbine. There are two steps to optimize the turbine inlet shape. Firstly, by changing the turbine open angle along with changing the turbine inlet open duct bottom line (IODBL) location to investigate the internal flow. Secondly, keeping the turbine IODBL location at the maximum efficiency achieved at the first step, and changing the turbine IODBL angle to improve the performance. The result shows that there is a 7.4% of efficiency improvement by optimizing turbine IODBL location (open angle), and there is 0.3% of efficiency improvement by optimizing the turbine IODBL angle.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제31권5호
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pp.514-521
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2007
There has been considerable interest recently in the topic of renewable energy. This is primarily due to concerns about environmental impacts. Moreover, fluctuating and rising oil prices, increases in demand, supply uncertainties and other factors have led to increased calls for alternative energy sources. Small hydropower, especially using water supply system, attracts high attentions because of relatively lower cost and smaller space requirements to construct the plant. Moreover. newly developed positive displacement turbine has high acceptability for the system. Therefore, the purpose of this study is focused on the examination of the performance characteristics and proposition of a optimum design method of the turbine for the improvement of the performance. The results show that newly proposed optimum design method for the turbine has high accuracy of performance prediction and good applicability for the performance improvement of the turbine.
동익 오버랩은 축류 터빈의 성능향상을 위해 적용되며, 동익의 익단과 익근에 추가적인 높이를 적용함으로써 충분한 유로를 확보할 수 있다. 특히, 초음속 터빈에서는 동익 유로에서 의 질식 가능성을 줄이며, 설계 압력비를 구현할 수 있도록 한다. 하지만 동익 오버랩을 적용하면, 펌핑손실, 확산손실 등의 추가적인 손실이 동반된다. 따라서 터빈 성능향상을 최대화하기 위해 최적화 기법을 적용하였으며, 최적화 과정의 효율성을 위해 근사 최적화 기법을 사용하였다. 설계변수는 동익 오버랩의 형상변수이다. 연구결과를 통해, 최적화된 동익 오버랩에 의한 상당한 터빈 성능향상을 확인할 수 있었다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제32권5호
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pp.698-706
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2008
Performance improvement of Small hydro turbine is a very important subject to solve in the stage of introduction and development of the turbine. Cross-flow hydro turbine should be also studied more in detail for the turbine performance in order to extend the sites of application. In order to improve the turbine performance, the effect of the turbine shape on the turbine performance should be examined. Therefore, the effect of runner blade number on the turbine performance is investigated by use of a commercial CFD code. The results show that runner blade number gives remarkable effect on the efficiency and output power of the turbine. Pressure on the surface of the runner blade changes considerably by the blade number at Stage 1, but relatively small change of velocity distribution occurs in the flow passage.
Recently, small hydropower attracts attention because of its clean, renewable and abundant energy resources to develop. Therefore, a cross-flow hydraulic turbine is proposed for small hydropower development in this study. The turbine‘s simple structure and high possibility of applying to the sites of relatively low effective head and large flow rate can be advantages for the introduction of the small hydropower development. The purpose of this study is not only to investigate the effects of air layer in the turbine chamber on the performance and internal flow of the cross-flow turbine, but also to suggest a newly developed air supply method. CFD analysis for the performance and internal flow of the turbine is conducted by an unsteady state calculation using a two-phase flow model in order to embody the air layer effect on the turbine performance effectively. The result shows that air layer effect on the performance of the turbine is considerable. The air layer located in the turbine runner passage plays the role of preventing a shock loss in the runner axis and suppressing a recirculation flow in the runner. The location of air suction hole on the chamber wall is very important factor for the performance improvement. Moreover, the ratio between air from suction pipe and water from turbine inlet is also significant factor of the turbine performance.
본 연구에서는 속도 복합형 초음속 충동형 터빈의 최적 동익 오버랩을 선정하기에 앞서, 사전연구차원에서 동익 오버랩에 따른 터빈 성능특성을 분석하였다. 축대칭 노즐과 환형 노즐 대신에 사각단면 초음속 노즐이 적용된 속도 복합형 터빈에 대해 연구를 수행하였다. 상용 유동해석 프로그램을 이용한 터빈의 3차원 전산해석을 통해 익근보다는 익단에 오버랩을 적용한 경우가 터빈의 성능을 향상시키는데 더 효과적이며, 익근과 익단 모두 오버랩을 적용한 경우가 터빈의 성능 향상 가장 큰 것으로 나타났다. 2단 동익 오버랩의 경우, 전체 터빈에서 2단이 발생시키는 출력이 약 22~23%에 지나지 않으므로 2단 동익 오버랩에 의한 터빈 성능 향상은 크지 않은 것으로 파악되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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