International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제10권2호
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pp.106-116
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2009
In order to investigate change of vortex structures and its evolving proceses, two dimensional LDV system was used for measurement of velocity vectors of tip vortex, and PIV system was also used for visualizations of tip vortex array for two bladed rotor, respectively. Experiments provided vortex locations, tangential and axial velocity components of tip vortex at six wake ages of 9.5, 10.5, 60.5, 99.5, 129.5, 169.5 and corresponded six wake ages shifted with 180 degrees per each. It was resulted that tip vortices generated by the first blade satisfy Landgrebe's model for their vortex locations even after they were accelerated by the second blade in downstream. Tangential velocity components of tip vortices follow Vatistas' n=2 model on both inside and outside regions of rotor slipstream without loss of vortex circulation. Axial velocity profiles revealed that there were small but significant perturbations just outside the primary vortex core which implies the second blade affects the wake substantially. It was also found that tip paths of each blade were not willing to be coincided intrinsically.
Takeyeldein, Mohamed M.;Ishak, I.S.;Lazim, Tholudin M.
Wind and Structures
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제35권3호
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pp.147-155
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2022
This research proposes a wind-lens turbine design that can startup and operate at a low wind speed (< 5m/s). The performance of the wind-lens turbine was investigated using CFD and wind tunnel testing. The wind-lens turbine consists of a 3-bladed horizontal axis wind turbine with a diameter of 0.6m and a diffuser-shaped shroud that uses the suction side of the thin airfoil SD2030 as a cross-section profile. The performance of the 3-bladed wind-lens turbine was then compared to the two-bladed rotor configuration while keeping the blade geometry the same. The 3-bladed wind-lens turbine successfully startup at 1m/s and produced a torque of 66% higher than the bare turbine, while the two-bladed wind-lens turbine startup at less than 4m/s and produced a torque of 186 % higher than the two-bladed bare turbine at the design point. Findings testify that adding the wind-lens could improve the bare turbine's performance at low wind speed.
In the present paper, hovering performance analyses of proprotor and helicopter rotor blades were performed by using FLUENT software. As a proprotor, TRAM(Tilt Rotor Aeroacoustic Model) was selected and performance analysis was carried out with mesh adaptation for more elaborate solution. As a helicopter rotor blades, two bladed Caradonna and Tung's rotor and four-bladed BO-105 helicopter rotor blades were selected. In case of Caradonna and Tung's rotor, vortex trajectory was compared with experimental data to inspect the vortex convection capability of the present flow solver. For the final case, performance of BO-105 helicopter rotor blades was investigated and compared with experimental data. After performance analyses of proprotor and helicopter rotors, it was shown that the present solver showed reasonable vortex strength, wake geometry and thurst coefficient distributions. But power coefficient was somewhat overestimated about $10%{\sim}15%$ regard less of mesh adaptation.
Le, Tuyen Quang;Lee, Kwang-Soo;Park, Jin-Soon;Ko, Jin Hwan
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권2호
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pp.257-268
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2014
In this study, flow-driven rotor simulations with a given load are conducted to analyze the operational characteristics of a vertical-axis Darrieus turbine, specifically its self-starting capability and fluctuations in its torque as well as the RPM. These characteristics are typically observed in experiments, though they cannot be acquired in simulations with a given tip speed ratio (TSR). First, it is shown that a flow-driven rotor simulation with a two-dimensional (2D) turbine model obtains power coefficients with curves similar to those obtained in a simulation with a given TSR. 3D flow-driven rotor simulations with an optimal geometry then show that a helical-bladed turbine has the following prominent advantages over a straight-bladed turbine of the same size: an improvement of its self-starting capabilities and reduced fluctuations in its torque and RPM curves as well as an increase in its power coefficient from 33% to 42%. Therefore, it is clear that a flow-driven rotor simulation provides more information for the design of a Darrieus turbine than a simulation with a given TSR before experiments.
터보기계에서 mistuning은 구조적, 기하학적인 측면에서의 blade와 blade 사이의 미소한 특성차이를 의미하며, blade의 제작과정이나 운전 중 발생하는 마모의 차이에 의해 발생한다고 알려져 있다. Blade사이에서 발생하는 이러한 미소한 차이가 강제 진동 시 아주 큰 국부진동을 야기 시킬 수 있다는 사실이 여러 논문들에 의해 확인되었다. 최근에는 조화패턴의 intentional mistuning 배열을 사용하여 제작 및 사용 중에 발생하는 unintentional mistuning에 의한 blade의 강제진동 응답을 줄일 수 있다는 연구가 발표되었다. 따라서 본 논문에서는 두 가지 형태의 blade(A와 B)를 사용하고, blade감쇠와 coupling 효과를 고려하여 bladed disk의 강제진동응답을 줄일 수 있는 intentional mistuning의 최적배열패턴을 인공지능 알고리즘의 하나인 유전알고리즘과 steepest descent법을 이용하여 구하고자 한다. 그리고 단순 bladed disk와 17-bladed로 된 산업체 로터의 수치예제를 통하여 intentional mistuning 된 bladed disk의 이점을 증명하려고 한다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제1권1호
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pp.1-12
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2000
The wake geometries of a two-bladed rotor in axial flights using a time-marching free-wake method without a non-physical model of the far wake are calculated. The computed free-wake geometries of AH-1G model rotor in climb flight are compared with the experimental visualization results. The time-marching free-wake method can predict the behavior of the tip vortex and the wake roil-up phenomena with remarkable agreements. Tip vortices shed from the two-bladed rotor can interact with each other significantly. The interaction consists of a turn of the tip vortex from one blade rolling around the tip vortex from the other. Wake expansion of wake geometries in radial direction after the contraction is a result of adjacent tip vortices begging to pair together and spiral about each other. Detailed numerical results show regular pairing phenomenon in the climb flights, the hover at high angle of attack and slow descent flight too. On the contrary, unstable motions of wake are observed numerically in the hover at low angle of attack and fast descent flight. It is because of the inherent wake instability and blade-vortex-interaction rather then the effect of recirculation due to the experimental equipment.
A general purpose viscous flow solver Ansys CFX is used to study a Savonius type wave energy converter in a 3D numerical viscous wave tank. This paper presents the results of a computational fluid dynamics (CFD) analysis of the effect of blade configuration on the performance of 3 bladed Savonius rotors for wave energy extraction. A piston-type wave generator was incorporated in the computational domain to generate the desired incident waves. A complete OWC system with a 3-bladed Savonius rotor was modeled in a three dimensional numerical wave tank and the hydrodynamic conversion efficiency was estimated. The flow over the rotors is assumed to be two-dimensional (2D), viscous, turbulent and unsteady. The CFX code is used with a solver of the coupled conservation equations of mass, momentum and energy, with an implicit time scheme and with the adoption of the hexahedral mesh and the moving mesh techniques in areas of moving surfaces. Turbulence is modeled with the k.e model. Simulations were carried out simultaneously for the rotor angle and the helical twist. The results indicate that the developed models are suitable to analyze the water flows both in the chamber and in the turbine. For the turbine, the numerical results of torque were compared for all the cases.
In turbomachinery rotor, there are small differences in the structural and/or geometrical properties of individual blades, which are referred to as blade mistuning. Mistuning effects of the forced response of bladed disks can be extremely large as often reported in many studies. In this paper, the pattern optimization of intentional mistuning for bladed disks considering with damping and coupling effect is the focus of the present investigation. More specifically, the class of intentionally mistuned disks considered here is limited, for cost reasons, to arrangements of two types of blades (A and B, say) and Genetic Algorithm is used to optimize the arrangement of these blades around the disk to reduce the forced response of blade with different damping and coupling stiffness.
대칭익형 단면에 미세한 피치각의 차이를 가지는 두 개의 로터 블레이드의 끝에서 발생하는 와류들의 상호 간섭을 관측하기 위하여 2차원 LDV를 활용하여 끝와류의 회전속도 성분과 축방향속도 성분들을 후류시기에 따라서 측정하였다. 선행 블레이드는 끝와류 축방향 성분이 정규분포를 나타내는 상사성을 위배한 반면, 후행 블레이드는 회전속도 성분이 복합와류를 나타내는 Vatistas' n=2 모형의 상사성을 위배하는 것으로 관찰되었다. 또한, 후류시기 200~240도 근방에서 두 끝와류의 궤적이 근접되어 상호 간섭을 나타내는 것으로 밝혀졌으며 이 시기 동안 후행블레이드의 와류이완 현상이 발생하는 것으로 확인이 되었다. 이러한 후류 간섭은 관절형 허브를 가지는 로터에서도 발생될 것으로 예측된다.
Experiments were done for the comparison of performance and flow characteristics between a two stage axial flow fan and a counter-rotating axial flow fm. The fan performance curves were obtained by the Korean Standard Testing Methods for Turbo Fans and Blowers (KS B 6311). The fan flow characteristics were measured using a five-hole probe by the non-nulling method. Each stage of the two stage axial flow fan used for the present study has an eight bladed rotor and thirteen stator blades. The front and the rear rotor of the counter-rotating axial flow fan have eight blades each and are driven by coaxial counter rotating shafts through a gear box located between the rear rotor and the electric motor. Both of the two axial fan configurations use identical rotor blades and the same operating conditions for the one-to-one comparison of the two. Performance characteristics of the two configurations were obtained and compared by varying the blade setting angles and axial gaps between the blade rows. The passage flow fields between the hub and tip of the fans were measured and analyzed for the particular operating conditions of peak efficiency, minimum and maximum pressure coefficients.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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