Flow field and near-field noise of a centrifugal fan has been studied with an efficient compressible method and STAR-CD. The flow field of the centrifugal fan is assumed to be two-dimensional. Most of the compressible studies have been done by inviscid solver because viscous simulation shows little difference. The near field noise is estimated in terms of sound pressure level in frequency domain transformed from the computed pressure fluctuations using FFT. The simulation has been done on various design elements such as impeller blade shapes, the number of blades and cut-off clearance. The comparison shows that the number of blades has a significant effect on near-field noise without losing aerodynamic performance.
압력파의 일종인 열음향파는 압축성유체를 급속히 가열 또는 냉각하는 경계면 근처에서 유체가 순간적으로 압축 및 팽창하는 경우에 발생하는 현상으로 자연대류가 일어나지 않는 우주공간에서는 매우 중요한 열전달 메커니즘이다. 본 연구에서는 공기로 채워진 공간에서 급속한 가열에 의하여 발생한 열음향파의 전달특성을 수치적인 방법에 의하여 평가하고자 유한체적법을 기반으로 비정상 지배방정식을 이산화하였으며, PISO알고리즘과 2계 상향기법을 적용하여 해석을 수행하였다. 안정적인 수치해는 50 $\times$ 800 개의 셀과 1 $\times$$10^{-9}$ 시간간격을 적용하여 얻을 수 있었으며, 생성된 열음향파는 유체 속을 통과하면서 점성과 열소산에 의하여 점점 감쇠하여 가는 경향을 보였다. 생성된 압력파는 날카로운 전단과 점점 감소하여 길게 늘어지는 후단부를 갖는 형상을 보였다.
Thermo-acoustic waves can be thermally generated in a compressible flow field by rapid heating and cooling, and chemical reaction near the boundary walls. This mechanism is very important in the space environment in which natural convection does not exist. Also this may be a significant factor for heat transfer when the fluids are close to the thermodynamic critical point. In this study, the generation and transmission characteristics of thermo-acoustic waves in an air-filled confined domain with two-step pulsed heating are studied numerically. The governing equations are discretized using control volume method, and are solved using PISO algorithm and second-order upwind scheme. For the purpose of stable solution, time step was set to the order of $1\times10_-9s,\;and\;grids\;are\;50\times2000$. Results show that temperature and pressure distributions of fluid near the boundary wall subjected to a rapid heating are increased abruptly, and the induced thermo-acoustic wave propagates through the fluid until it decays due to viscous and heat dissipation. Pressure waves have sharp front shape and decay with a long tail in the case of step heating, but these waves have sharp pin shape in the case of pulsed heating.
본 연구에서 사용한 이론과 제시된 방법의 타당성을 검토하기 위하여 익열 간 극이 무한대인 단일 익형 주위의 유동장을, 최근에 개발된 계산방법인 Lambda방법을 사용한 Dadone의 해석결과와 비교하였고, 범용의 압축기 익형인 NACA65게열 익열 유동 에 대한 Herrig의 실험값, 그리고 미분해석에 의한 점성-비점성 상호작용 방법을 사용 한 Hansen의 계산값고, 이들 조건과 동일한 상태에서 본 연구에서 제시한 방법으로 계 산한 결과와 만족할 만한 일치를 얻었다.
This paper presents the theoretical model to investigate the effect of Coulomb damping in the sub-structure of a foil bearing. Foil deflection is restricted by friction of bumps. Equivalent viscous damping of the bump foils is derived from the Coulomb friction. Dynamic equation of the bumps is constituted by stiffness and damping terms. This point give the difference from Heshmat's frictionless and simple compliance bump model. The fluid is modeled with the compressible Reynolds equation. A perturbation approach is used to determine the static and dynamic performance of the bearing from the coupled fluid-structural model. The analysis result shows that the static and dynamic performance is enhanced by bump friction. This analysis technique would be extended to development of a high performance bearing.
Flow field and near-field noise of a centrifugal fan has been studied with an efrcient compressible method and STAR-CD. The flow field of the centrifugal fan is assumed two-dimensional. Most of the compressible studies has been done by inviscid solver because viscous simulation shows little difference. The near field noise is estimated in term s of sound pressure level in frequency domain transformed from the computed pressure fluctuations using FFT. The simulation has been done on various design elements such as impeller blade shapes, the number of blades and cut-off clearance. The comparison shows that the number of blades has a significant effect on near-field noise without losing aerodynamic performance.
In this paper, the problem of transonic aerodynamic characteristics of a NACA0012 airfoil is numerically investigated in the inviscid gas-droplet two-phase flow with the compressible two-fluid model. In the present study, the airfoil flight in the cloud is simulated by taking account of the viscous drag of the droplets, the heat transfer, the phase change, and the droplet fragmentation The two-fluid equation system is solved by the fractional-step method and the WAF-HIL scheme. The effects of size and volume fraction of the droplets on the flow characteristics of the airfoil in the cloud are elaborated and discussed.
This paper presents the theoretical model to investigate the effect of Coulomb damping in the sub-structure of a foil bearing. Foil deflection is restricted by friction of bumps. Equivalent viscous damping of the bump foils is derived from the Coulomb friction. Dynamic equation of the bumps is constituted by stiffness and damping terms. This point give the difference from Heshmat's frictionless and simple compliance bump model. The fluid is modeled with the compressible Reynolds equation. A perturbation approach is used to determine the static and dynamic performance of the bearing from the coupled fluid-structural model. The analysis result shows that the static and dynamic performance is enhanced by bump friction. This analysis technique would be extended to development of a high performance bearing.
An oil hydraulic line is modeled in which a pipe or two pipes of different size connected in series and terminated in a chamber, i.e. a composite line system. The frequency response characteristics are investigated analytically and experimentally. The theoretical analysis is base on unsteady laminar flow of a viscous compressible fluid. It is generally difficult to obtain exactly the frequency equation of these lines system and its solutions in consideration of viscosity of hydraulic fluid, because the diameters of two pipes and length are different. The effect of the position where the cross-sectional area of changes suddenly, the inner radius of pipe and the volume of terminal chamber on the frequency characteristics of this composite line system are also described.
Transient analysis for compressible fluid flow has been performed experimentally and analytically to study the dynamic characteristics of the end volume transmission lines following a sudden pressure change a its entrance. The numerical method was developed based on the method of characteristics. The sudden pressure at its entrance was generated by rupture of diaphragm in a shock tube. The sudden pressure was used to obtain the response, as input signal for the numerical analysis. The response to the sudden pressure at the end volume was measured using a pressure transducer. The experimental result shows good agreements with the numerical result. The effects of tube length, its diameter and end volume magnitude are evaluated on the responses of the pressure and on the damping factor. It is found that the viscous damping effects on the response through the transmission pipeline becomes larger with increasing pi;eline length and decreasing diameter of the pipe and the fluid-elastic stiffness decreases with increasing the terminal volume. The numerical approach presented in this paper can be very useful in designing the instrument and control system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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