Secondary flows have a huge impact on losses generation in modern low pressure gas turbines (LPTs). At design point, the interaction of the blade profile with the end-wall boundary layer is responsible for up to 40% of total losses. Therefore, predicting accurately the end-wall flow field in a LPT is extremely important in the industrial design phase. Since the inlet boundary layer profile is one of the factors which most affects the evolution of secondary flows, the first main objective of the present work is to investigate the impact of two different inlet conditions on the end-wall flow field of the T106A, a well known LPT cascade. The first condition, labeled in the paper as C1, is represented by uniform conditions at the inlet plane and the second, C2, by a flow characterized by a defined inlet boundary layer profile. The code used for the simulations is based on the Discontinuous Galerkin (DG) formulation and solves the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations coupled with the Spalart Allmaras turbulence model. Secondly, this work aims at estimating the influence of viscosity and turbulence on the T106A end-wall flow field. In order to do so, RANS results are compared with those obtained from an inviscid simulation with a prescribed inlet total pressure profile, which mimics a boundary layer. A comparison between C1 and C2 results highlights an influence of secondary flows on the flow field up to a significant distance from the end-wall. In particular, the C2 end-wall flow field appears to be characterized by greater over turning and under turning angles and higher total pressure losses. Furthermore, the C2 simulated flow field shows good agreement with experimental and numerical data available in literature. The C2 and inviscid Euler computed flow fields, although globally comparable, present evident differences. The cascade passage simulated with inviscid flow is mainly dominated by a single large and homogeneous vortex structure, less stretched in the spanwise direction and closer to the end-wall than vortical structures computed by compressible flow simulation. It is reasonable, then, asserting that for the chosen test case a great part of the secondary flows details is strongly dependent on viscous phenomena and turbulence.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.38
no.1
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pp.51-61
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2018
Foundation of tower structures such as wind turbine, pylon, and chimney have to resist considerably large overturning moment due to long distance from foundations to load point and large horizontal load. Pile foundations subjected to uplift force are needed to economically support such structure even in the case of rock layer. Therefore, this research performed the laboratory model tests with the variables, W/C ratio and sand proportion, to evaluate the effect of the mix proportion of grouting material on shaft resistance. In the case of cement paste, maximum and residual shaft resistance were distributed in uniform range irrespective of the changes of W/C ratio. However in the case of mortar, they were decreased with increasing W/C ratio, while they were increased and then decreased with increasing sand proportion. In the case of no sand, the maximum shaft resistance was about 540~560kPa regardless of the W/C ratio. When the sand proportion was 40%, it was about 770~870kPa depending on W/C ratio, which was about 40~50% higher than that without sand. The optimum proportion found in this research was around 40% of sand proportion and 80~100% of W/C ratio.
In this study, a six degree-of-freedom motion analysis of a wind-wave hybrid platform equipped with numerous wave energy converters (WECs) was carried out. To examine the effect of the WECs on the platform, an analysis of one-way coupling was carried out, which only considered the power take-off (PTO) damping of the static WECs on the platform. The equation of motion of a floating platform with mooring lines in the time domain was established, and the responses of the one-way coupled platform were then compared with the case of a platform without any coupling effects from the WECs. The hydrodynamic coefficients and wave exciting forces were obtained from the 3D diffraction/radiation pre-processor code WAMIT based on the boundary element method. Then, an analysis of the dynamic responses of the floating platform with or without the WEC effect in the time domain was carried out. All of the dynamics of a floating platform with multiple wind turbines were obtained by coupling FAST and CHARM3D in the time domain, which was further extended to include additional coupled dynamics for multiple turbines. The analysis showed that the PTO damping effect on platform motions was negligible, but coupled effects between multiple WECs and the platform may differentiate the heave, roll, and pitch platform motions from the one without any effects induced by WECs.
Seo, Hyeong-Joon;Kuk, Keon;Lee, Joon-Sik;Lee, Sang-Woo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.3
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pp.645-652
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1994
The leading edge of a turbine blade was simulated as a circular cylindrical surface. The effect of free-stream turbulence on the mass transfer upstream of the injectionhole has been investigated experimentally. The effects of injection location, blowing ratio on the Sherwood number distribution were examined as well. The mass transfer coefficients were measured by a naphthalene sublimation technique. The free-stream Reynolds number based on the cylinder diameter is 53,000. Other conditions investigated are: free-stream turbulence intensities of 3.9% and 8.0%, injection locations of $40^{\circ}$, $50^{\circ}$, and $60^{\circ}$ from the front stagnation point of the cylinder, and blowing ratios of 0.5 and 1.0. The role of the horseshoe vortex formed upstream edge of the injected jet is dicussed in detail. When the blowing ratio is unity, and the coolant jet is injected at $40^{\circ}$, the mass transfer upstream of the jet is not affected by the coolant jet at all. On the other hand, when the injection hole is located beyond $50^{\circ}$, the mass transfer upstream edge of the injection hole suddenly increases due to the formation of the horseshoe vortex, but it dereases as the free-stream turbulence intensity increases because the strength of the horseshoe vortex structure becomes weakened. The role of the horseshoe vortex is clearly evidenced by placing a rigid rod at the injection hole instead of issuing the jet. In the case of the rigid rod, the spanwise Sherwood number upstream of the injection hole is much larger due to the intense influence of the horseshoe vortex.
Kim, Ji-Yong;Kim, Hong-Seong;Lim, Jong-Koo;Moon, Il
Journal of Engineering Education Research
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v.9
no.3
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pp.5-21
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2006
The engineer's creativity is becoming more important as high value-added products are required. In this paper, a new curriculum model for creative engineering education has been developed. This study proposes the method of applying Chem-E-Car to the chemical engineering education for students to develop creativity. The Chem-E-Car is used as a given problem to students for developing safety study, teamwork, communication skill and creativity. The PBL(problem based Learning) is used in the class. The problem in this case is to make the Chem-E-Car, a shoebox sized car powered only by chemical reactions. Four types of Chem-E-Car such as turbine, rocket, voltaic cell and fuel cell are developed through out this program. The fuel cell powered Chem-E-Car is emphasized to students as new problems with constraints. This paper shows how the students solved the problems with creativity.
Kang, Ho;Lee, Hye Mi;Cho, Sang Sun;Park, Sun Uk;Jeong, Ji Hyun
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.26
no.5
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pp.754-760
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2010
This study was carried out not only to evaluate optimal operating condition to increase biogas production, but also to estimate feasibility of renewable energy from anaerobic digester of sewage sludge. Semi- continuous Fed and Mixed Reactors (SCFMRs) were operated in various condition to quantify the reactor variables. The result of SCFMR operation showed that the biogas productivity and total volatile solids (TVS) removal of total solids (TS) 4% reactor at hydraulic retention time (HRT) 20 days with Organic Loading Rate (OLR) of $1.45kg/m^3-d$ were $0.39m^3/m^3-d$ and 26.7%, respectively which was two times higher than that of TS 2.5% reactor. Consequently the daily biogas production of $20,000m^3$ would be possible from the total volume of $52,000m^3$ of anaerobic digesters of the municipal wastewater treatment plant in D city. In feasibility study for the Biogas utilization, combined heat and power system (CHP) and CNG gasification were examined. In case of CHP, the withdrawal period of capital cost for gas-engine (GE) and micro gas-turbine (MGT) were 7.7 years and 9.1 years respectively. biogas utilization as Clean Natural Gas (CNG) shows lower capital cost and higher profit than that of CHP system. CNG gasificaion after biogas purification is likely the best alternative for Biogas utilization which have more economic potential than CHP system. The withdrawal period of capital cost appeared to be 2.3 years.
The crack length measurements by electrical potential(EP) method for 1% Cr-Mo-V and 12%Cr steel of 0.5T-CT specimen were performed at $500^{\circ}C, 600^{\circ}C 700^{\circ}C$, and an applicability of stress intensity factor($K_I$), net section stress($\sigma_{net}$), $C^*$-ingegral and $C_t$ parameter was studied to measure creep crack growth rate(da/dt) with side groove and without side groove under static and cyclic loading condition. The experimental result could be summarized as follows: 1) Crack measurement by EP method was available and coincided with the Johnson,s analytical equation. 2) da/dt by $K_I$ and $\sigma_{net}$ was not adequate because of the wide scatter band according to load and temperature, but $C^*$-integral, except for transition region, was adequate. 3) $C_t$ parameter showed the best fitted line through total creep region without relating with both temperature and load condition. 4) Under the cyclic loading condition, $C_t$ parameter was proper to extimate da/dt. And it was shown that da/dt for 1% Cr-Mo V steel under the static condition(R=1) was 1.16 times faster than the case under cyclic loading(R=0), and for 12% Cr steel, 1.43 times.
The crack length measurements by electrical potential(EP) method for 1% Cr-Mo-V and 12%Cr steel of 0.5T-CT specimen were performed at $500^{\circ}C, 600^{\circ}C 700^{\circ}C$, and an applicability of stress intensity factor($K_I$), net section stress($\sigma_{net}$), $C^*$-ingegral and $C_t$ parameter was studied to measure creep crack growth rate(da/dt) with side groove and without side groove under static and cyclic loading condition. The experimental result could be summarized as follows: 1) Crack measurement by EP method was available and coincided with the Johnson, s analytical equation. 2) da/dt by $K_I$ and $\sigma_{net}$ was not adequate because of the wide scatter band according to load and temperature, but $C^*$-integral, except for transition region, was adequate. 3) $C_t$ parameter showed the best fitted line through total creep region without relating with both temperature and load condition. 4) Under the cyclic loading condition, $C_t$ parameter was proper to extimate da/dt. And it was shown that da/dt for 1% Cr-Mo V steel under the static condition(R=1) was 1.16 times faster than the case under cyclic loading(R=0), and for 12% Cr steel, 1.43 times.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.10
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pp.806-813
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2018
The fracture of a turbine blade of aerospace engine is presented. Although there are a lot of causes and failure modes in blades, the main failure modes are two ways that fracture and fatigue. Degradation of blade material affects most failure modes. Total propagation of failure in this study specifies failure of fracture type. Some section appears fatigue mode. Especially since this study describes analysis of failure for blade in high temperature, it can be a case in point. Analysed blade is Ni super alloy. Investigations of blade are visual inspection, material, microstructure, high temperature stress rupture creep test, analysis and fracture surface, etc. The root cause for fracture was stress rupture due to abnormal thermal environment. Thermal property of Ni super alloy is excellent but if each chemical composition of alloys are different due to change mechanical properties, selection of material is very important.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.1
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pp.72-78
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2008
In this study, advanced (fluid-structure interaction (FSI)) analysis system has been developed in order to predict turbine cascade performance with blade deformation effect due to aerodynamic loads. Intereference effects due to the relative movement of the rotor cascade with respect to the stator cascade are also considered. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with one equation Spalart-Allmaras and two-equation k-ω SST turbulence models are solved to accurately predict fluid dynamic loads considering flow separation effects. A fully implicit time marching scheme based on the (coupled Newmark time-integration method) with high artificial damping is efficiently used to compute the complex fluid-structure interaction problem. Predicted aerodynamic performance considering structural deformation effect of the blade shows somewhat different results compared to the case of rigid blade model. Cascade performance evaluations for different elastic axis positions are importantly presented and its aeroelastic effects are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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