The purpose of the present study was to develop the numerical method for predicting the on-design and off-design performance of multistage axial-flow compressors. The aerodynamic properties in blade rows were analyzed by incorporating the streamline curvature method as a quasi 3D analysis with the imperical modeling of exit flow angle and loss coefficients. The present calculation procedure has been tested by applying to 5-stage compressors and good agreement with experiments has been found. The detail analysis of aerodynamic performances has been done on the compression part of the bench-scaled gas turbine engines. The predicted performance map at the variable speedline and flow rates could be used as a guide of the engine operation.
Han, Wanshui;Ma, Lin;Cai, C.S.;Chen, Suren;Wu, Jun
Wind and Structures
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v.20
no.2
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pp.249-274
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2015
Long-span cable-stayed bridges exhibit some features which are more critical than typical long span bridges such as geometric and aerodynamic nonlinearities, higher probability of the presence of multiple vehicles on the bridge, and more significant influence of wind loads acting on the ultra high pylon and super long cables. A three-dimensional nonlinear fully-coupled analytical model is developed in this study to improve the dynamic performance prediction of long cable-stayed bridges under combined traffic and wind loads. The modified spectral representation method is introduced to simulate the fluctuating wind field of all the components of the whole bridge simultaneously with high accuracy and efficiency. Then, the aerostatic and aerodynamic wind forces acting on the whole bridge including the bridge deck, pylon, cables and even piers are all derived. The cellular automation method is applied to simulate the stochastic traffic flow which can reflect the real traffic properties on the long span bridge such as lane changing, acceleration, or deceleration. The dynamic interaction between vehicles and the bridge depends on both the geometrical and mechanical relationships between the wheels of vehicles and the contact points on the bridge deck. Nonlinear properties such as geometric nonlinearity and aerodynamic nonlinearity are fully considered. The equations of motion of the coupled wind-traffic-bridge system are derived and solved with a nonlinear separate iteration method which can considerably improve the calculation efficiency. A long cable-stayed bridge, Sutong Bridge across the Yangze River in China, is selected as a numerical example to demonstrate the dynamic interaction of the coupled system. The influences of the whole bridge wind field as well as the geometric and aerodynamic nonlinearities on the responses of the wind-traffic-bridge system are discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.1
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pp.59-65
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2011
The aerodynamic power and torque of wind turbines are extremely nonlinear. Therefore, the overall dynamic behavior of a wind turbine exhibits nonlinear characteristics that are dependent on the magnitude of the wind speed. The nonlinear aerodynamic characteristics of the wind turbine also affect the characteristics of the control system of the wind turbine. Therefore, the analysis of the nonlinear aerodynamic characteristics of wind turbine is essential in designing the wind-turbine controller. In this study, the nonlinear aerodynamic characteristics and the effects of these characteristics on the closed-loop pitch system with PI controller for an 1-mass model of the wind turbine are investigated above rated power.
A new type of bridge deck section consisting of four-box decks, two side decks for vehicular traffic lanes and two middle decks for railway traffic, has been experimentally investigated for determining its aerodynamic properties. The eight flutter derivatives were determined by the Iterative Least Squares (ILS) method for this new type of four-box deck model, with two windshields of 30 mm and 50 mm height respectively. Wind tunnel experiments were performed for angles of attack α = ±6°, ±4°, ±2° and 0° and Re numbers of 4.85×105 to 6.06×105 and it was found that the four-box deck with the 50 mm windshields had a better aerodynamic performance. Also, the results showed that the installation of the windshields reduced the values of the lift coefficient CL for the negative angles attack in the range of -6° to 0°, but the drag coefficient CD increased in the positive angle of attack range. However, galloping instability was not encountered for the tested reduced wind speeds, of up to 9.8. The aerodynamic force coefficients and the flutter derivatives for the four-box deck model were consistent with the results reported for the Messina triple-box bridge deck, but were different from those reported for the twin-box bridge decks.
Xinyang Yin;Hanqiong Wang;Jinguang Yang;Yan Liu;Yang Zhao;Jinhu Yang
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.3
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pp.245-256
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2023
In order to improve aerodynamic performance of multi-stage axial flow turbines used in aircraft engines, a one-dimensional aerodynamic design and optimization framework is constructed. In the method, flow path is generated by solving mass continuation and energy conservation with loss computed by the Craig & Cox model; Also real gas properties has been taken into consideration. To obtain an optimal result, a multi-objective genetic algorithm is used to optimize the efficiencies and determine values of various design variables; Final design can be selected from obtained Pareto optimal solution sets. A three-stage axial turbine is used to verify the effectiveness of the developed optimization framework, and designs are checked by three-dimensional CFD simulation. Results show that the aerodynamic performance of the optimized turbine has been significantly improved at design point, with the total-to-total efficiency increased by 1.17% and the total-to-static efficiency increased by 1.48%. As for the off-design performance, the optimized one is improved at all working points except those at small mass flow.
Objective: This study aims to compare the basic aerodynamic characteristics of the official Qatar World Cup soccer ball with those of the official Korean soccer balls. Method: In this study, wind tunnel experiments were conducted to compare the fundamental aerodynamic properties of two commonly used domestic soccer balls, the Star and Nassau, with the Al Rihla, the official ball of the 2022 Qatar World Cup. Results: The findings revealed that the Nassau soccer ball exhibited changes in aerodynamic characteristics depending on its orientation, particularly at low speeds (below 15 m/s), while the Al Rihla showed variations in aerodynamic characteristics at medium to high speeds (15 m/s to 35 m/s) based on its orientation. Furthermore, the results of lift and side force variations indicated that the Star soccer ball exhibited larger changes compared to other soccer balls, suggesting that it may exhibit the most irregular flight path during strong shots (around 30 m/s or approximately 100 km/h). However, there were no differences in aerodynamics observed among the soccer balls in the medium-speed range (20~25 m/s). Conclusion: The comparison of aerodynamics between the Korean soccer balls and the most recently used World Cup official ball showed that, while the Korean balls exhibited slightly greater changes in lift and side forces compared to the World Cup ball, there were no significant differences in most of the aerodynamic characteristics.
Seo Yoon Choi;Jun Hee Jeong;Rae Hyung Yuck;Kwang Tae Ha;Jae Ho Jeong
Journal of Wind Energy
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v.13
no.3
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pp.5-12
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2022
A methodology of wind turbine blade design has been established with PROPID code, which is an aerodynamic blade design tool developed by UIUC. PROPID code can design and analyze a wind turbine blade in a steady state flow. The methodology of wind turbine blade design includes an initial blade concept design, airfoil selection, basic design, and detailed design steps. Inverse design and performance analysis of the 2.3 MW U113 wind turbine blade was performed to verify the wind turbine blade design methodology. The differences in calculated power between PROPID code and GH Bladed code are under 1.0% in all wind conditions. Both blade shape design and performance analysis results using PROPID code are accurate. The aerodynamic characteristics of a U113 blade were investigated by computational fluid dynamics. Separation flow was captured by a Reynolds-averaged Navier-Stokes steady flow simulation using ANSYS CFX code. The numerical aerodynamic analysis methodology was verified by comparing the analysis results through CFD with BEMT-based program GH Bladed code results. Therefore, the blade design methodology will be applied to develop a super-capacity 20 MW wind turbine blade in the future.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.5A
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pp.887-899
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2006
The aim of this study is to investigate a correlation between fundamental data on aerodynamic characteristics of bridge girder cross-sections, such as aerodynamic force coefficients and flutter derivatives, and their aerodynamic behaviour. The section model tests were carried out in three stages. In the first stage, seven deck configurations were studied, namely; Six 2-edge girders and one box girder. In this stage, changes in aerodynamic force coefficients due to geometrical shape of girders, incidence angle of flow, wind directions and turbulence intensities were studied by static section model tests. In the second stage, the dynamic section model tests were carried out to investigate the relativity of static coefficients to dynamic responses. And finally, the two-dimensional (lift-torsion) aerodynamic derivatives of three bridge deck configurations were investigated by dynamic section model tests. The aerodynamic derivatives can be best described as a representation of the aerodynamic damping and the aerodynamic stiffness provided by the wind for a given deck geometry. The method employed here to extract these unsteady aerodynamic properties is known as the initial displacement technique. It involves the measurement of the decay in amplitude with time of an initial displacement of the deck in heave and torsion, for various wind speeds, in smooth flow. It is suggested that the proposed aerodynamic force coefficients and flutter derivatives of bridge girder sections will be potentially useful for the aeroelastic analysis and buffeting analysis.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.1
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pp.30-45
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2013
The present work focuses on the unsteady aerodynamics and aeroelastic properties of a small-medium sized wind-turbine blade operating under ideal conditions. A tapered/twisted blade representative of commercial blades used in an experiment setup at the National Renewable Energy Laboratory is considered. The aerodynamic loads are computed using Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques. For this purpose, FLUENT$^{(R)}$, a commercial finite-volume code that solves the Navier-Stokes and the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, is used. Turbulence effects in the 2D simulations are modeled using the Wilcox k-w model for validation of the CFD approach. For the 3D aerodynamic simulations, in a first approximation, and considering that the intent is to present a methodology and workflow philosophy more than highly accurate turbulent simulations, the unsteady laminar Navier-Stokes equations were used to determine the unsteady loads acting on the blades. Five different blade pitch angles were considered and their aerodynamic performance compared. The structural dynamics of the flexible wind-turbine blade undergoing significant elastic displacements has been described by a nonlinear flap-lag-torsion slender-beam differential model. The aerodynamic quasi-steady forcing terms needed for the aeroelastic governing equations have been predicted through a strip-theory based on a simple 2D model, and the pertinent aerodynamic coefficients and the distribution over the blade span of the induced velocity derived using CFD. The resulting unsteady hub loads are achieved by a first space integration of the aeroelastic equations by applying the Galerkin's approach and by a time integration using a harmonic balance scheme. Comparison among two- and three- dimensional computations for the unsteady aerodynamic load, the flap, lag and torsional deflections, forces and moments are presented in the paper. Results, discussions and pertinent conclusions are outlined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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