Park, Chi-Yong;Choi, Young-Seok;Lee, Kyoung-Yong;Yoon, Joon-Yong
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.14
no.2
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pp.11-16
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2011
This paper presents a numerical study of casing treatments on a centrifugal compressor stage to improve stability and the surge margin. High efficiency, a high pressure ratio, and a wide operating range are required for a high performance centrifugal compressor. In the present study, a ring groove arrangement was applied to the transonic centrifugal compressor. According to the numerical analysis using a commercial code ANSYS-CFX, the unstable phenomena limiting the range of the centrifugal compressors were compared with and without a ring groove. Although the ring groove decreased the efficiency, but increased the operating range by suppressing a flow separation at the leading-edge of the impeller especially near shroud part. Newly designed ring groove arrangement improved the compressor performance and increased the operating range of the compressor.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.8
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pp.1123-1131
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2002
An experimental study on the performance and instability development characteristics of a centrifugal compressor equipped with a cambered variable diffuser has been performed with varying diffuser vane angles. The test was conducted at the design speed of 20,800 rpm and the 80% design speed of 16,640 rpm for 5 diffuser angles : 65$^{\circ}$, 70$^{\circ}$, 75$^{\circ}$, 77.5$^{\circ}$, 80$^{\circ}$ The steady performance test results showed that choking mass flow rate decreases and total pressure ratio increases with a narrowed surge margin as the diffuser vane angle increases. Unsteady pressures were measured using high-frequency pressure transducers at the inducer and the diffuser throat to investigate the instability phenomena such as rotating stall and surge inside the compressor. From the unsteady measurements, it is found that the transient process from rotating stall to surge was mainly affected by diffuser angles. The results of the present study can be applied to the instability control of the centrifugal compressors using a variable diffuser.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.4
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pp.160-173
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2014
Surge phenomena in multi-stage axial flow compressors were studied with attention to the frequency behaviors. A new parameter "volume-modified reduced surge frequency" was introduced, which took into consideration the essential surge process, i.e., emptying and filling of the working gas in the delivery plenum. The behaviors of the relative surge frequencies at the stall stagnation boundaries, compared with the corresponding duct resonance frequencies, have demonstrated the existence of two types of surges; i.e., a near-resonant surge and a subharmonic surge. The former, which has fundamentally a near-resonance frequency, occurs predominantly at the stall stagnation boundary for the short -and-fat plenum delivery flow-path and the long-and-narrow delivery duct flow-path, and possibly in the intermediate conditions. The latter, which has a subharmonic frequency of the fundamental near-resonant one and occurs mainly in the intermediate zone, is considered to be caused by the reduced frequency restricted to a limited range. In relation with those dimensionless frequencies at the stall stagnation boundary, the surge frequency behaviors in more general situations away from the boundaries could be estimated, though very roughly.
The aim of this paper is to understand the unsteady flow phenomena in a high speed centrifugal compressor channel diffuser. Instantaneous pressures aye measured at six locations in the diffuser using fast-response pressure transducers. Instantaneous pressure ratio decomposition was applied to analyze the pressure signal. In vaneless space where impeller-vaned diffuser interaction is strong, aperiodic unsteadiness is high and periodic pressure waveforms by blade passing are not clear at low flow rates, especially near vane suction side. High aperiodic unsteadiness decreases downstream of diffuser. The blade-to-blade pressure wave does not disappear in surge flow condition. In surge there exist not only large scale periodic surge wave but also blade-to-blade pressure wave.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.22
no.1
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pp.1-6
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2014
In this paper, controller propose to prevent compressor surge and improve the transient response of the fuel flow control system of turbojet engine. Turbojet engine controller is designed by applying Artificial Neural Network PID control algorithm and make an inference by applying Levenberg-Marquartdt Error Back Propagation Algorithm. Artificial Neural Network inference results are used as the fuel flow control inputs to prevent compressor surge and flame-out for turbojet engine for UAV. High Gain Observer is used to estimate to compressor rotation speed of turbojet engine. Using MATLAB to perform computer simulations verified the performance of the proposed controller. Response characteristics pursuant to the gain were analyzed by simulation.
This paper presents a study on the performance of NASA Rotor 37 with the casing grooves based on three-dimensional numerical analysis. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are solved on a hexahedral grid with the shear stress transport model as a turbulence closure model. The governing equations are discretized by a finite volume method. The validation of the numerical results is performed through experimental data for the total pressure ratio and the adiabatic efficiency. The investigation for an axial compressor with a smooth casing and the casing grooves is carried out to compare the performance parameters, for example, surge margin and efficiency, etc. The surge margin is improved in the case of the casing grooves while remarkable improvement of the efficiency is not produced. The result shows that the casing groove is beneficial to expand the operating range of NASA Rotor 37.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.2
s.257
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pp.125-131
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2007
This paper presents guideline for a practical design of the hybrid system combining a pressurized solid oxide fuel cell and a gas turbine. Design of the hybrid system based on a virtually designed gas turbine was simulated using models for off-design operation of the gas turbine. Two system configurations, with different method for supplying reforming steam, are considered and their design characteristics are compared. A higher design cell temperature provides better system performance. However, there exists a maximum allowable design cell temperature because the operating point of the compressor approaches the surge point with increasing fuel cell temperature. Increased pressure loss at the fuel cell moves the compressor operating point toward the surge point and reduces system performance.
The aim of this paper is to understand the unsteady flow phenomena in a high speed centrifugal compressor channel diffuser. Instantaneous pressures are measured at six locations in the diffuser using fast-response pressure transducers. Instantaneous pressure ratio decomposition was applied to analyze the pressure signal. In vaneless space where impeller-vaned diffuser interaction is strong, aperiodic unsteadiness is high and periodic pressure waveforms by blade passing are not clear at low flow rates, especially near vane suction side. High aperiodic unsteadiness decreases downstream of diffuser. The blade-to-blade pressure wave does not disappear in surge flow condition. In surge there exist not only large scale periodic surge wave but also blade-to-blade pressure wave.
In this paper are presented the blade vibration characteristics at the starting conditions of the low pressure multistage axial compressor of heavy-duty 100 MW gas turbine. Vibration data have been collected through strain gauges during aerodynamic tests of the model compressor. The influences of operating modes at the starting conditions are investigated upon the compressor blade vibrations. The exciting mechanisms and features of blade vibrations are investigated at the surge, rotating stall, and buffeting flutter. The influences of operating modes upon blade dynamic stresses are investigated for the first and second stages. It is shown that a high dynamic stress peak of 120 MPa can occur in the first stage blades due to resonances with stall cell excitations or with inlet strut wake excitations at the stalled conditions.
Kim, Hong-Won;Chung, Jae-Hoon;Ryu, Seung-Hyup;Lee, Geun Sik
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.18
no.2
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pp.22-28
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2015
The primary design goal of a compressor is focused on improving efficiency. Secondary objective is to widen the operating range of compressor. This paper presents a numerical and experimental investigation of the influence of the bleed slot on the operating range for the 1.2 MW class centrifugal compressor installed in a turbocharger. The main design parameters of the bleed slot casing are upstream slot position, inlet pipe slope, downstream slot position and width. The DOE(design of experiment) method was carried out to optimize the casing design. Numerical analyses were done by the commercial code ANSYS-CFX based on the three dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. Results showed that efficiency and pressure ratio increased as the downstream slot position and width were smaller and the upstream position was located away from the impeller inlet. Experimental works were also done with and without the bleed slot casing. The simulation results were in good agreement with the test data. Enhancement of both the surge margin up to 26.5% and the pressure ratio with the optimized bleed slot design were achieved, compared with the surge margin of only 6.6% without the bleed slot casing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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