본 논문에서는 경사축에 의해 추진기의 후면에 형성되는 비대칭 후류를 모델링하였고 이를 사용하여 추진기에 발생하는 비정상력과 모멘트를 계산하였다. 또한 공동발생시 비대칭후류가 공동 형상에 미치는 영향을 계산, 검토하였다. 추진기의 비대칭 후류위치를 계산하기 위해 유입유동을 축방향, 접선방향 그리고 반경방향으로 나누고 축방향 유동만을 이용, 후류면에서 zero pressure jump 조건을 만족하는 대칭후류 위치를 계산한 후, 접선방향 및 반경방향의 유동을 추진기의 매회전 위치에서 계산하여 대칭 후류와의 선형 합을 통해 비대칭 후류위치를 계산하였다. 새로운 비대칭 후류모델을 비정상 공동중의 추진기에 적용하여 대칭후류모델의 결과 및 실험 결과와 비교하였다. 비교결과 비대칭 후류모델로부터 계산된 비정상력 및 모멘트가 대칭 후류모델로부터의 결과들 보다 실험치와 좋은 일치를 보임을 확인하였다.
For the extensive investigation of local heat/mass transfer on the near-tip surface of turbine blade, experiments were conducted in a low speed stationary annular cascade. The turbine test section has a single stage composed of sixteen guide vanes and blades. The chord length and the height of the tested blade are 150 mm and about 125 mm, respectively. The blade has flat tip geometry and the mean tip clearance is about $2.5{\%}$ of the blade chord. Detailed mass transfer coefficient on the blade near-tip surface was obtained using a naphthalene sublimation technique. The inlet flow Reynolds number based on chord length and incoming flow velocity is changed from $1.0{\times}10^{5}\;to\;2.3{\times}10^{5}.$ Extremely complex heat transfer characteristics are observed on the blade surface due, to complicated flow patterns, such as flow acceleration, laminarization, transition, separation bubble and tip leakage flow. Especially, the suction side surface of the blade has higher heat/mass transfer coefficients and more complex distribution than the pressure side surface, which is related to the leakage flow. For all the tested Reynolds numbers, the heat/mass transfer characteristics on the turbine blade are the similar. The overall averaged $Sh_{c}$ values are proportional to $Re_{c}^{0.5}$ on the stagnation region and the laminar flow region such as the pressure side surface. However, since the flow is fully turbulent in the near-tip region, the heat/mass transfer coefficients are proportional to $Re_{c}^{0.8}.$
본 연구에서는, 블레이드 요소-모멘텀 이론을 바탕으로, 최대 출력계수를 갖는 직경 80 cm의 실험실용 수평축 조류 터빈의 형상을 제시하고, 블레이드 피치각이 변할 때 출력계수의 변화 경향을 조사하였다. 또한 ANSYS-Fluent를 이용한 전산유체해석을 실시하여, 주어진 블레이드 피치각에 대하여 블레이드 요소-모멘텀 이론으로 계산한 출력계수를 검증하였다. 전산유체해석에는 계산 영역의 직경과 길이를 조류 터빈 반경의 15배로 하였고, 계산 영역의 경계에는 열린 경계조건을 인가하였다. 블레이드 요소-모멘텀 이론과 전산유체해석으로 계산한 조류 터빈의 최대 출력계수 약 48%로 서로 잘 일치하였다. 블레이드 피치각을 증가한 경우에는 두 방법으로 산출한 출력계수가 모두 감소하는 경향을 보였고, 그 값들도 서로 유사하였다. 이로부터, 블레이드 요소-모멘텀 이론을 기반으로 설계한 조류 터빈 형상 및 다양한 조건에서 대한 출력계수의 신뢰성을 확인하였다.
본 논문은 주 블레이드 각도와 보조 블레이드 각도를 변화 주어서 ANSYS 유동해석 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적의 조건을 찾고자 하였다. $45^{\circ}$로 주 블레이드 각도를 변경한 Shape 4는 주 블레이드 각도를 $0^{\circ}$로 한 Shape들 보다 효율은 110% ~ 250% 증가하고, 출력은 157.2% ~ 263.2% 증가했다. 그리고 주 블레이드의 Fin 크기를 2배 크게 변경한 Shape 5의 출력은 Shape 4에 비해 27.5%, Shape 1에 비해 70.8% 증가하였다. Case 구조에서 주 블레이드 형상이 Shape 1로서 동일한 경우에는 Case 1은 Case 2보다 효율은 15.4%, 출력은 13.3% 증가하였다. 그리고 $45^{\circ}$로 보조 블레이드 각도를 한 경우, 주 블레이드 형상이 핀 형태보다 벤디드 형태가 우수하였다. Case 4는 Case 1보다 47%, Case 3보다 13.6% 출력이 증가하였고, 효율은 Case 1보다 46.7%, Case 3보다 15.8% 증가하였다.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제10권4호
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pp.477-490
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2018
Effects of inflow Reynolds number (Re), turbulence intensity (I) and pressure gradient on the transition flow over a blade section were studied using the ${\gamma}-Re{\theta}$ transition model (STAR-CCM+). Results show that the $Re_T$ (transition Re) at the transition location ($P_T$) varies strongly with Re, I and the magnitude of pressure gradient. The $Re_T$ increases significantly with the increase of the magnitude of favorable pressure gradient. It demonstrates that the $Re_T$ on different blade sections of a rotating propeller are different. More importantly, when there is strong adverse pressure gradient, the $P_T$ is always close to the minimum pressure point. Based on these conclusions, the $P_T$ on model propeller blade surface can be estimated. Numerical investigations of pressure distribution and transition flow on a propeller blade section prove these findings. Last, a simple method was proposed to estimate the $P_T$ only based on the propeller geometry and the advance coefficient.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권8호
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pp.856-862
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2015
Tidal current energy is an important alternative energy resource among the various ocean energy resources available. The tidal currents in the South-Western sea of Korea can be utilized for the development of tidal current power generation. Tidal power generation can be beneficial for many fishing nurseries and nearby islands in the southwest region of Korea. Moreover, tidal power generation is necessary for promoting energy self-sufficient islands. As tidal currents are always available, power generation is predictable; thus, tidal power is a reliable renewable energy resource. The selection of an appropriate hydrofoil is important for designing a tidal current turbine. This study concentrates on the selection and numerical analysis of four different hydrofoils (MNU26, NACA63421, DU91_W2_250, and DU93_W_210LM). Blade element momentum theory is used for configuring the design of a 50 W class turbine rotor blade. The optimized blade geometry is used for computational fluid dynamics (CFD) analysis with hexahedral numerical grids. Among the four blades, NACA63421 blade showed the maximum power coefficient of 0.45 at a tip speed ratio of 6. CFD analysis is used to investigate the power coefficient, pressure coefficient, and streamline distribution of a 50 W class horizontal axis tidal current turbine for different hydrofoils.
Recently, the development of aerospace and automobile industries brought new technological challenges, related to the growing complexity of products and new geometry models. High speed machining using 5-Axis milling machine is widely used for 3D sculptured surface parts. 5-axis milling of turbine blade generates the vibration, deflection and twisting caused from thin and cantilever shape. So, the surface roughness and the waviness of workpiece are not good. In this paper, The effects of cutter orientation and lead/tilt angle in 5-Axis high speed ball end-milling of turbine blade were investigated to improve the geometric accuracy and surface integrity. The experiments were performed at lead/tilt angle $15^{\circ}$ of workpiece with four cutter directions such as horizontal outward, horizontal inward, vertical outward, and vertical inward. Workpiece deflection, surface roughness and machined surface were measured with various cutter orientations such as cutting direction, and lead/tilt angle. The results show that when 5-axis machining of turbine blade, the best cutting strategy is horizontal inward direction with tilt angle. The results show that when 5-axis machining of turbine blade, the best cutting strategy is horizontal inward direction with tilt angle.
In this paper, the inverse shape design is introduced using the permeable wall boundary condition. Inverse shape design defines the blade shape for the prescribed Mach numbers or pressure distribution on its surface. It calculates the normal mass flux from the difference between the calculated and prescribed pressure at the surface. A new geometry can be achieved after applying the quasi one-dimensional continuity equation from the leading edge to the trailing edge. For validation of this method, two test cases are studied. The first test case of inverse shape design illustrates the cosine bump with a strong shock. After seven geometry modifications, the shock-free bump geometry can be obtained. The second example concerns the redesign of a transonic turbine cascade. The initial isentropic Mach distribution has a peak on the upper surface. The target isentropic Mach number distribution was imposed smoothly. The peak of Mach distribution has disappeared at the final geometry. This proposed inverse design method has proven to be an efficient and robust tool in turbomachinery design fields.
A series of detailed study was performed to identify the sources of the propeller blade failure and resolve the problem systematically, by use of the theoretical tools and by the direct measurement and observation in the full-scale sea trials. The selection of inexperienced propulsion control system with a reversible gear system is shown to cause the serious damage to the propeller blades in crash astern maneuver, when the rotational direction of the propeller is changed rapidly. Quasi-steady analysis for propeller blade strength using FEM code in bollard backing condition indicates that the safety factor should be order of 18∼20 to avoid the structural failure for the selected propeller geometry and reduction gear system.
Propeller shall have high efficiency and improved aerodynamic characteristics to get the thrust to fly at high speed for the turboprop aircraft. That is way Clark-Y airfoil which is used to conventional 1600kW class aircraft propeller is selected as a blade airfoil. Adkins method is used for aerodynamic design and performance analysis with respect to the propeller design point. Adkins method is based on the vortex-blade element theory which design the propeller to satisfy the condition for minimum energy loss. propeller geometry is generated by varying chord length and pitch angle at design point of turboprop aircraft. The propeller design results indicate that is evaluated to be properly constructed, through analysis of propeller aerodynamic characteristics using the Meshless method and MRF, SM method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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