본 논문에서는 현재 한국항공우주학회 공기역학부문위원회에서 주관하고 있는 EFD-CFD 비교워크샵의 여러 과제 중 CASE 3 천음속영역 유동해석에 대해 소개하고 현재까지 참여한 기관들의 결과를 서로 비교하였다. 현재까지 이 과제에 대하여 산학연 8개 기관이 참가하였고, 그 결과 풍동실험결과와 비교적 잘 일치하며, 서로의 해석결과 역시 잘 일치함을 알 수 있었다.
An efficient implicit multigrid method is presented for the Navier-Stokes and $k-{\omega}$ turbulence equations. Freezing and limiting strategies are applied to improve the robustness and convergence of the multigrid method. The eddy viscosity and strongly nonlinear production terms of turbulence are frozen in the coarser grids by passing down the values without update of them. The turbulence equations together with the Navier-Stokes equations, however, are consecutively solved on the coarser grids in a loosely coupled fashion. A simple limit for k is also introduced to circumvent slow-down of convergence. Numerical results for the unseparated and separated transonic airfoil flows show that all computations converge well without any robustness problem and the computing time is reduced to a factor of about 3 by the present multigrid method.
Shape optimization of a transonic axial compressor rotor operating at the design flow condition has been performed using response surface method and three-dimensional Navier-Stokes analysis. Three design variables of blade sweep. lean and skew are introduced to optimize the three-dimensional stacking line of the rotor blade. The object function of the shape optimization is selected as an adiabatic efficiency. Throughout the shape optimization of the rotor. the adiabatic efficiency is increased by reducing the tub comer and tip losses. Separation line due to the interference between a passage shock and surface boundary layer on the blade suction surface is moved downstream for the optimized blade compared to the reference one.
A three-dimensional CSCM upwind flux difference splitting Navier-stokes code with two-equation turbulence models was developed to predict the transonic flows in centrifugal compressor diffuser. The k-$\epsilon$ model of Abe et al. performed well in predicting the pressure distribution in the shock wave/turbulent boundary-layer interaction. Three turbulence models predicted the similar distribution of static pressure through the diffuser and showed a good agreement with the experimental results. The secondary flows in the corner were predicted well by these turbulence models. The pressure increase before the throat of the diffuser vane is important for the overall pressure recovery. As the mass flow rate increased the blockage decreased at the throat. The pressure coefficient distribution through the diffuser depended on the throat blockage not on the rotational speed of the impeller.
천음속 영역에서 비행하는 에어포일 주위의 유동은 아음속 영역과는 달리 충격파(Shockwave)를 동반하고 이에 따라 복잡한 유동 현상이 발생한다. 본 연구는 천음속 영역에서 설계된 에어포일 주위의 유동에서 충격파 발생에 따른 유동변화의 특징들을 관찰하였다. 특히, 충격파에 의해서 발생하는 진동(Buffeting)과 경계층 유동 박리(Shock-induced boundary layer separation)현상에 대한 관찰과 일반적인 에어포일과 초임계 에어포일(Supercritical airfoil)간의 유동 특성의 차이점을 분석하였다. 본 연구를 위해서 EDISON CFD코드가 사용되었다.
A two-dimensional airfoil flying over a wavy wall is calculated by solving the unsteady Euler equation. Unsteady Transonic flow over an NACA00012 airfoil in pitching motion has been computed for code validation. Some numerical results for NACA6409 airfoil under different wave number, wave length, fly height are presented. The numerical results show the variation of lift and pitching moment coefficients are increased as wave length decrease.
Nonlinear aeroelastic characteristics of a missile control surface are investigated in this study. The wing model has freeplay structural nonlinearity at its pitch axis. Nonlinear aerodynamic flows with unsteady shock waves are also considered in high-speed flow region. To effectively consider a freeplay structural nonlinearity, the fictitious mass method (FMM) is applied to structural vibration analysis based on finite element method (FEM). (omitted)
본 연구는 NACA0012 천음속 에어포일 유동에 있어서 비평형 응축이 Force 계수(압력, 양력 및 항력계수)에 미치는 영향을 TVD 수치해석을 통하여 연구하였다. 정체점 온도 298 K, 받음각 ${\alpha}=3^{\circ}$인 경우, 주류 마하수 0.78~0.81에서는 정체점 상대습도의 증가함에 따라 양력은 단순 감소한다. 반면 Lift force break 마하수 영역의 주류 마하수에서는 정체점 상대습도의 증가에 따라 양력은 오히려 증가한다. 받음 각 ${\alpha}=3^{\circ}$, 정체점 상대습도가 0%인 경우, 주류 마하수의 증가에 따라 항력은 급격하게 증가하지만, 응축의 영향이 큰 60%인 경우에는 주류 마하수의 증가에 조금 증가할 뿐이다. 동일한 주류 마하수인 경우 비평형 응축에 따른 전 항력의 감소는 받음각과 정체점 상대습도가 증가할수록 크게 된다. 응축이 없는 ${\Phi}_0=0%$인 경우는 주류 마하수가 크고 받음각이 클수록 Wave drag은 크게 되나 응축의 영향이 비교적 큰 ${\Phi}_0=50%$ 이상인 경우는 오히려 Wave drag이 작아지는 것으로 나타났다. 한편, 정체점 상대습도가 낮고, 주류 마하수가 클수록 충격파 직전의 최대 마하수는 커지는 것으로 나타났다.
A CFD-based design method for transonic axial compressor blades was developed based on three-dimensional Navier-Stokes flow physics. The method employs a sectional three-dimensional (S3D) analysis concept where the three-dimensional flow analysis is performed on the grid plane of a span station with spanwise flux components held fixed. The S3D analysis produced flow solutions nearly identical to those of three-dimensional analysis, regardless of the initialization of the flow field. The sectional design based on the S3D analysis can include three-dimensional effects of compressor flows and thus overcome the deficiencies associated with the use of quasi-three-dimensional flow physics in conventional sectional design. The S3D design was first used in the inverse triode to find the geometry that produces a specified target pressure distribution. The method was also applied to optimize the adiabatic efficiency of the blade sections of Rotor 37. A new blade was constructed with the optimized sectional geometries at several span stations and its aerodynamic performance was evaluated with three-dimensional analyses.
An experiment was conducted to investigate the aerodynamic losses of high pressure steam turbine nozzle (526A) subjected to a large range of incident angles ($-34^{\circ}\;to\;26^{\circ}$) and exit Mach numbers (0.6 and 1.15). Measurements included downstream Pitot probe traverses, upstream total pressure, and end wall static pressures. Flow visualization techniques such as shadowgraph and color oil flow visualization were performed to complement the measured data. When the exit Mach number for nozzles increased from 0.9 to 1.1 the total pressure loss coefficient increased by a factor of 7 as compared to the total pressure losses measured at subsonic conditions ($M_2<0.9$). For the range of incidence tested, the effect of flow incidence on the total pressure losses is less pronounced. Based on the shadowgraphs taken during the experiment, it' s believed that the large increase in losses at transonic conditions is due to strong shock/ boundary layer interaction that may lead to flow separation on the blade suction surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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