Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.2
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pp.386-391
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2021
Turbocharging is becoming a key technology for both diesel and gasoline engines. Regarding gasoline engines, turbocharging can help reduce carbon dioxide (CO2) emissions when used in conjunction with other technologies. This paper presents measurements of the turbine efficiency of pulsating flow in a twin-scroll turbocharger for gasoline engines. A cold gas test bench with a pulse generator was manufactured. The turbine efficiencies were calculated using the measured data of the instantaneous pressure and temperature of the inlet and exit of the turbine. The measurements were carried out at turbine speeds from 60,000 to 100,000 rpm under a pulsating flow of 25.0 Hz and 33.0 Hz. The turbine efficiencies ranged from 0.517 to 0.544. At the pulse frequency, 33.3 Hz, the variations in efficiency were 7.7% and 2.6% at turbine speeds of 60,000 rpm and 100,000 rpm, respectively. The turbine efficiency of the pulsating flow compared to those of steady flow was 7.0% and 3.0% lower at a turbine speed of 60,000 rpm and 100,000 rpm, respectively. The pulsating flow deteriorated the turbine efficiency, but the effects of pulsating flow decreased with increasing turbine speed.
Seo, Junhyuk;Kwon, Kilsung;Choi, Ju Chan;Baek, Jehyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.2
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pp.153-159
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2015
In this study, a 2-W micro-gas turbine engine was designed using micro-electro-mechanical systems (MEMS) technology, and analytical and experimental investigations of its potential under actual combustion conditions were performed. An ultra-micro-gas turbine contains a turbo-charger, combustor, and generator. A compressor, turbine blade, and generator coil were manufactured using MEMS technology. The shaft was supported by a precision computer numerical control machined air bearing, and a permanent magnet was attached to the end of the shaft for generation. An analysis found that the cooling effect of the air bearing and compressor was sufficient to cover the combustor heat, which was verified in an actual experiment.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.5
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pp.899-908
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2022
In this study, a study was conducted to localize a large aluminum turbo fan used for tank powerpack. The turbo fan was scanned with a 3D scanner and then 3D modeling was performed. Computational fluid dynamics (CFD) were performed from the performance conditions of the fan, and structural analysis was performed using the pressure data obtained from CFD. The fan was reduced to 1/5 size by applying the geometric similarity. A 1/5 size fan has a honeycomb structure inserted into the front shroud and back shroud to reduce the weight by 5.3%. A 1/5 size fan was printed using a PBF 3D printer, and a 1/5 size fan with honeycombs was also printed. The pressure drop of 8.67 kPa and the required power of 138.19 kW, which satisfies the performance conditions of the fan, were confirmed from the results of CFD. The values of the maximum deformation amount of 0.000788 mm and the maximum effective stress of 0.241 MPa were confirmed from the structural analysis results. The fan printed by the PBF 3D printer had the same shape as the modeling, and the shape was perfect. There are no defects anywhere in appearance. However, the condition of the outer surface of the fan's back shroud is rough compared to other locations. The fan in which the honeycomb was inserted was also perfectly output, and the shape of the honeycomb was the same as the modeling.
Park, Hoil;Eom, Sangbong;Kim, Youngkang;Hwang, Junyoung
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.10a
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pp.686-686
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2013
Automotive turbochargers have become common in gasoline engines as well as diesel engines. They are excellent devices to effectively increase fuel efficiency and power of the engines, but they unfortunately cause several noise problems. The noises are classified into mechanical noises induced from movement of a rotating shaft and aerodynamic noises by air flow in turbochargers. In addition to, there is a mechanical noise caused from movement of an actuator, electronically controlling a wastegate valve. It is called as valve rattle noise. The actuator is connected to a valve through a linkage. The noise occurs only if the valve is open, where the linkage is freely contact to neighbor structures without being constrained by any external forces. This condition allows impacts by the pulsation of exhaust gas, and the vibration from the impacts spreads out through turbine housing, causing the rattle noise. The noise is not in mechanical operating wastegate turbochargers because the linkage of an actuator is strongly connected by actuating force. For the electronic wastegate turbocharger, this paper proposed a test device to show the noise generating mechanism with a small vibration motor having an unbalanced shaft. It also shows how to reduce the noise - reduction of linkage clearances, inserting wave washers into a connection, and applying loose fitting in bushing embracing a valve lever to turbine housing.
The design method of turbomachinery has been developed highly. But some geometric dimensions have been determined from the empirical view points. In designing the inlet outer diameter of pump impeller and the hub ratio of blower, satisfactory theoretical grounds have not been presented till now. In the paper, these points are discussed and the method of increasing pump and blower efficiencies are also discussed on the basis of experimental and computational results of flow analysis. Further, the effects of tip clearance of rotor on its efficiency and the interference of rotor and stator blade rows are discussed and some ideas to estimate their effects are presented.
Kim, Seungwoo;Park, Kicheol;Lee, Kiho;Kim, Kyungsoo;Kim, Dongkwon
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2002.12a
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pp.237-243
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2002
A centrifugal compressor of 50HP for reverse brayton cryocooler using neon as a coolent has been developed. It has relatively low total-to-total pressure ratio but mass flow rate is very small and the voting gas, neon, has greater specific heat ratio than air. It was essential to have very high rotational speed of 100,000 RPM. The efficiency of compressor has great effects on overall system and the COP of cryocooler. To meet the design requirement of the compressor efficiency and to minimized the required rotational speed, highly efficiency impeller having low specific speed was designed. To maintain the overall system efficient high, gas bearing of bump type and high speed permanent magnet synchronus motor was developed and adopted. In this paper, design and performance prediction results of the compressor impeller is presented.
The non-uniform pressure generated in the volute generally are propagating upstream. As a result, outlet conditions of rotaing impeller are changed and the performance degrades. The major object of this research is to develop the numerical method which can calculate the effects of impeller and volute flow field interactions. Under the assumption of steady three-dimensional incompressible turbulent flow, the time averaged N-S equations involving $k-{\epsilon}$ turbulent model was solved by the F.V.M. To verify the computational method, the calculations are compared with experimental results published in literature and show satisfactory agreement with them, The three-dimensional flow characteristics within the volute of a centrifugal fan at design and off-design operating points have also been studied.
It is common for highly loaded supersonic stage to have very high relative inlet Mach number. To get this level of inlet Mach number, rotor blade outer diameter or rotational speed should be increased. In the case of commercial turbo-fan engine, it is preferred to make the rotor blade outer diameter large than increasing the rotational speed. But, for multi-stage fan of military engines, overall diameter is often restricted and they are apt to increase the rotational speed. With high rotational speed, relative inlet Mach number is likely to be well supersonic over the entire rotor blade span and the characteristic of the stage is affected with meridional shape of the stage, especially at near hub or tip. In this paper, the aerodynamic performance of two different hub surface shape is compared and it's merit and demerits were discussed.
Kim, Bbong-Kyun;Park, Jae-In;Joo, Won-Gu;Cho, Kang-Rae
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.2
no.2
s.3
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pp.57-63
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1999
The flow through multistage turbomachinery is affected by the interaction between a rotor and a stator. The interaction is due to the inviscid potential effect and viscous effect between closely spaced rotor and stator airfoils. Three-dimensional, unsteady, incompressible Navier-Stokes equations with a standard $k-{\epsilon}$ model are solved using a non-staggered grid system. This method is applied to the flow through a multistage compressor measured by Stauter et al. The results have shown strong interaction between the rotating and stationary flow field. The decay of rotor wake and the pressure profiles agree very well with experimental data. The wake produced by rotor causes unsteady pressure on the surface of a stator. The rotor/stator interaction produces the unsteady pressure force on the rotor and stator blades.
To investigate the flow inside the centrifugal impeller, computer program which can solve Three-dimensional compressible turbulent flow has been developed. The Navier-Stokes equations were chosen as the governing equation for viscous flow while Euler equations for inviscid case. Time marching method was incorporated with the Flux Difference Splitting method suggested by Roe to capture the steep gradients such as a shock. For high order of accuracy, MUSCL approach was adopted while differentiable limiter to ensure TVD property. For turbulence closure, Baldwin- Lomax model was applied due to its simplicity. To demonstrate the capabilities of present program, several validation problems have been solved and compared with experiments and other available data. From the above calculations generally good agreements were obtained. Finally, the developed code was applied to Eckardt's impeller and the performance prediction was carried out. Some important aspects on boundary condition for successful simulation were discussed and the remedy was also introduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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