In this paper, the mechanism of unsteady potential interaction and wake interaction in one stage axial turbine is numerically investigated at design point in two-dimensional viewpoint. The numerical technique used is the upwind scheme of Van-Leer's Flux Vector Splitting (FVS) and Cubic spline interpolation is applied on zonal interface between stator and rotor. The inviscid analysis is used to embody the influence of potential interaction only and viscous analysis is used to embody the influences of both potential interaction and wake interaction at the same time. The potential-flow disturbance from the stator into a rotor passage and the periodic blockage effect of rotor produce the unsteady pressure on the blade surface in inviscid analysis. After the wake is cut by rotor, two counterrotating votical patterns flanking the wake centerline in the passage are generated. So, these phenomena magnify the unsteady pressure in viscous analysis than that in inviscid analysis. The resulting unsteady forces on the rotor, generated by the combined interaction of the two effects by potential and wake interaction, are discussed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권1호
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pp.154-164
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2019
A rotor dynamic analysis is mandatory for stability and design optimization of submerged propellers and turbines. An accurate simulation requires a proper consideration of fluid-induced reaction forces. This paper presents a bi-directional coupling of a bond graph method solver and an unsteady vortex lattice method solver where the former is used to model the rotor dynamics of the power train and the latter is used to predict transient hydrodynamic forces. Due to solver coupling, determination of hydrodynamic coefficients is obsolete and added mass effects are considered automatically. Additionally, power grid and structural faults like grid fluctuations, eccentricity or failure could be investigated using the same model. In this research work a fast, time resolved dynamic simulation of the complete power train is conducted. As an example, the rotor dynamics of a tidal stream turbine is investigated under two inflow conditions: I - shear flow, II - shear flow + water waves.
The important problems that arise in the design and performance of the axial flow turbine are the prediction and control of secondary flows. Some progresses have been made on understanding flow conditions that occur when the inlet endwall boundary layer separates at the point in the endwall and rolls up into the horseshoe vortex. And the flows though an axial turbine tend to be extremely complex due to its inherent unsteady and viscous phenomena. The passing wakes generated from the trailing edge of the stator make an interaction with the rotor. Unsteady flow should be considered rotor/stator interactions. The main purpose of this research is control of secondary flow and improvement efficiency in turbine by leading edge modification in unsteady state. When the wake from the stator ran into the modified leading edge of the rotor, the leading edge generated the weak pressure fluctuation by complex passage flows. In conclusion, leading edge modification(bulb2) results in the reduced total pressure loss in the flow field.
Aerodynamic shape design of a partial admission turbine using CFD has been performed. Two step approaches are adopted in this study. Firstly, two-dimensional blade shape is optimized using CFD and genetic algorithm. Initially, the turbine cascade shape is represented by four design parameters. By controlling the design parameters as variables, the non-gradient search is analyzed for obtaining the maximum efficiency. The final two-dimensional blade proved to have a more blade power than the initial blade. Secondly, the three-dimensional CFD analysis including the nozzle, rotor and stator has been conducted. To avoid a heavy computational load due to an unsteady calculation, the frozen rotor method is implemented in steady calculation. The frozen rotor method can detect a variation of the flow-field dependent upon the blade's circumferential position relative to the nozzle. It gives a better idea of wake loss mechanism starting from the lip of the nozzle than the mixing plane concept. Finally, the combination of two and three dimensional design method of the partial admission turbine in this study has proven to be a robust tool in development phase.
Due to global warming, the need to secure an alternative resource has become more important nationally. Having very strong current on the west coast with up to 10 m tidal range, there are many suitable site for the application of TCP (Tidal Current Power) in Korea. On the south west regions between many islands that create strong current in the narrow channels. The rotor is one of the essential components which can convert tidal current energy into rotational energy to generate electricity. The design optimization of rotor is very important to maximize the power production. The performance of rotor can be determined by various parameters including number of blades, shape, sectional size, diameters and etc. This paper introduces the multi-layer vertical axis tidal current power system which can be applied to offshore jetties and piers effectively. Various cases of VAT turbine were designed. Specifically, the number of blades and turbine shape are changed in several cases. Also, performance analysis was carried out by CFD.
본 연구에서는 효과적인 풍력발전기 블레이드의 상태 모니터링을 위하여 대표적 손상형태 중 하나인 로터의 질량 불균형으로 인한 이상상태를 감지할 수 있는 기법을 제안하였다. 이를 위하여 수평축 3-블레이드 풍력발전기를 대상으로, 블레이드 1개의 질량을 증가시키면서 로터의 질량 불균형 조건을 구현한 후 전체 풍력발전기에 대한 동력학 시뮬레이션을 수행하였다. 질량 불균형이 발생하면 부가질량에 의한 원심력에 의하여 나셀의 로터 회전축에 대한 횡방향 진동이 발생하고, 부가 질량의 크기가 커질수록 나셀 횡방향 진동의 진폭이 거의 선형적으로 증가함을 알 수 있었다.
의료용 고속 에어터빈 핸드피스는 치아 절삭 도구로써 지난 50년 동안 치의학분야에서 사용되어왔으나, 그것에 대한 성능 연구가 많이 없었다. 그래서 수치해석을 이용하여 핸드피스 터빈 형상의 성능 특성을 본 논문에서 연구하였다. 정상상태 방법 중 하나인 프로즌 로터 방식을 이용하여 터빈 블레이드의 위치에 따라 5가지의 경우에서 계산하였다. 형상과 반사각에 따른 터빈 블레이드의 특성을 분석하였다. 계산 결과에 따르면, 터빈 블레이드의 반사각이 증가할 때 토크가 증가하였다.
Gil Moon Park;Hwan Kyu Park;Jong Il Kim;Jin Heung Kim;Moo Seok Lee;Nak Kyu Chung
Journal of Astronomy and Space Sciences
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제2권2호
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pp.153-174
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1985
The one of critical factor in gas turbine engine performance is high turbine inlet gas temperature. Therefore, the turbine rotor has so many problems which must be considered such as the turbine blade cooling, thermal stress of turbine disk due to severe temperature gradient, turbine rotor tip clearance, under the high operating temperature. The purpose of this study is to provider the temperature distribution and heat flux in turbine disk which is required to considered premensioned problem by the Finite Difference Method and the Finite Element Methods on the steady state condition. In this study, the optimum aspect ratio of turbine disk was analysed for various heat conductivity of turbine disk material by Finite Difference Method, and the effect of laminating method with high conductivity materials to disk thickness direction by Finite Element Methods in order to cool the disk. The laminating method with high conductivity material on the side of the disk is effective.
초음속 터빈에서는 동익 유로에서의 질식 가능성을 줄이며, 설계 압력비를 구현할 수 있도록 한다. 하지만 동익 오버랩을 적용하면, 펌핑손실, 확산손실 등의 추가적인 손실이 동반된다. 따라서 터빈성능을 극대화하기 위한 최적 오버랩 형상을 찾기 위해 근사최적화 기법을 적용하였다. 설계변수는 동익 오버랩의 형상변수이다. 최적설계 결과, 기준모델 대비 팁 누설유량은 약 50% 감소하였으며, 정효율은 약 4% 증가하였다. 팁 오버랩 크기가 성능에 미치는 영향이 크게 나타난 반면, 허브 오버랩 크기가 성능에 미치는 영향은 작게 나타났다.
본 연구에서는 요 오차가 있는 상태에서의 수평축 풍력터빈 로터에 작용하는 시간에 따른 6분력 하중변동을 로터 허브에 중심을 둔 회전 및 비회전 좌표계에 대해서 수치해석 하였다. 수치해석을 위한 모형은 설계 사양이 상세히 공개된 20 kW급의 NREL Phase VI 로터로 선택하였으며, 설계 풍속 구간에 대해 요 및 전도 모멘트를 중점적으로 분석하였다. 해석을 위한 방법은 비정상 블레이드 요소이론을 적용하였으며, 그 방법을 이용하여 개발된 프로그램의 6분력 하중에 대한 수치해석 결과는 NREL의 FAST 프로그램의 해석 결과와 비교하여 검증을 완료하였다. 하중 해석 결과를 토대로 요 작동 상태인 수평축 풍력터빈 시스템의 요 및 전도 모멘트는 요 부속 장치의 사양 결정 및 지지부위의 기초 설계를 위해 중요한 기본 정보로 활용될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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