Aerodynamic analysis of a low-voltage electric motor has been performed with various inlet vent shapes. Effects of inlet vent shape on aerodynamic performance of a motor cooling fan have been investigated numerically using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. The k-${\varepsilon}$ turbulence model was used for the analysis of turbulence. The finite volume method and unstructured tetrahedral grids were used in the numerical analysis. Optimal grid system in the computational domain was selected through a grid-dependency test. From the results of the flow analysis, considerable energy loss by flow separation was observed in the flow passage. It was found that mass flow rate through the cooling fan in the low-voltage motor can be increased by modifying the inlet vent shape. And, some inlet vent shapes were suggested to improve the aerodynamic performance of the motor cooling fan.
The spanwise aerodynamic loads of the wind turbine blade are investigated numerically. The blade shape such as twist and chord length along the blade span is obtained from the procedure of aerodynamically optimal design. The rated tip speed ratio and the rated wind velocity are set to 7 and 12m/s respectively. The BEM method is applied to obtain both the aerodynamic performance of the wind turbine (Fig.1) and the spanwise aerodynamic loads along the blade span including Prandtl's tip loss factor. The maximum running power coefficient is occurred around 90% radial position from hub (Fig.2). The distributed aerodynamic loads along the blade span can be used for structure analysis.
To develop an aerodynamic performance, two groups of studies have been achieved widely. One is about the geometric design of vehicles and the other is about aerodynamic devices. Geometric design is a credible and stable method. However, it is not flexible and each part is related interactively. Therefore, if one part of geometry is modified, the other part will be required to redesign. On the other hand, the flow control by aerodynamic devices is flexible and modulized method. Even though it needs some energy, a relatively small amount of input makes more advanced aerodynamic performance. Synthetic jet is one of the method in the second group. The device repeats suctions and blowing motions in constant frequency. According to the performance, the adjacent flow to flight surface are served momentum. This mechanism can reduce the aerodynamic loss of boundary layer and separated flow. A synthetic jet actuator has several parameters, which influences the flow control. This study focuses on the parameter effects of synthetic jet - orifice geometry, frequency, jet speed and etc.
To develop the aerodynamic performance, there are widely two group of studies are achieved. The first one is about design of the vehicles geometry and the second one is about aerodynamic devices. Geometry design is highly credible and stable method. But it is not flexible and each parts are related interactively. So if one part geometry are modified, the other parts are required to be redesigned. The other hand, flow control by aerodynamic device is flexible and modulized method. Though it needs energy, relatively little input makes far advanced aerodynamic performance. Synthetic Jet is one of the second group method. The device repeats suction and blowing motion in constant frequency. According to the performance, the flow which are near the flight surface are served momentum. This mechanism can reduce the aerodynamic loss by boundary layer and separated flow. Synthetic jet actuator has several parameters, that influence the flow control. This study focus the parameters effects of the synthetic jet - orifice geometry, frequency, jet speed and etc.
Xinyang Yin;Hanqiong Wang;Jinguang Yang;Yan Liu;Yang Zhao;Jinhu Yang
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.3
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pp.245-256
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2023
In order to improve aerodynamic performance of multi-stage axial flow turbines used in aircraft engines, a one-dimensional aerodynamic design and optimization framework is constructed. In the method, flow path is generated by solving mass continuation and energy conservation with loss computed by the Craig & Cox model; Also real gas properties has been taken into consideration. To obtain an optimal result, a multi-objective genetic algorithm is used to optimize the efficiencies and determine values of various design variables; Final design can be selected from obtained Pareto optimal solution sets. A three-stage axial turbine is used to verify the effectiveness of the developed optimization framework, and designs are checked by three-dimensional CFD simulation. Results show that the aerodynamic performance of the optimized turbine has been significantly improved at design point, with the total-to-total efficiency increased by 1.17% and the total-to-static efficiency increased by 1.48%. As for the off-design performance, the optimized one is improved at all working points except those at small mass flow.
Although there are many activities on the construction of wind farm to produce amount of power from the wind, in practice power productions are not as much as its expected capabilities. This is because a lack of both the prediction of wind resources and the aerodynamic analysis on turbines with far wake effects. In far wake region, there are velocity deficits and increases of the turbulence intensity which lead to the power losses of the next turbine and the increases of dynamic loadings which could reduce system's life. The analysis on power losses and the increases of fatigue loadings in the wind farm is needed to prevent these unwanted consequences. Therefore, in this study velocity deficits have been predicted and aerodynamic analysis on turbines in the far wake is carried out from these velocity profiles. Ainslie's eddy viscosity wake model is adopted to determine a wake velocity and aerodynamic analysis on wind turbines is predicted by the numerical methods such as blade element momentum theory(BEMT) and vortex lattice method(VLM). The results show that velocity recovery is more rapid in the wake region with higher turbulence intensity. Since the velocity deficit is larger when the turbine has higher thrust coefficient, there is a huge aerodynamic power loss at the downstream turbine.
Kim, Ki-Pyoung;Kim, Ill-Soo;Choi, Young-Do;Lee, Young-Ho
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.11a
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pp.492-492
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2009
Nowadays in Republic of Korea, there is no distinct reference for the related design technology of rotor blade of wind turbine. Therefore the optimum design and evaluation of performance is carried out with foreign commercial code softwares. This paper shows in-house code software that evaluates the aerodynamic design of wind turbine rotor blade using blade element-momentum theory (BEMT) and processes that is applied through various aerodynamics theories such as momentum theory, blade element theory, prandtl's tip loss theory and strip theory. This paper presents the results of the numerical analysis such as distribution of aerodynamic properties and performance curves using in-house code POSEIDON.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.10
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pp.891-898
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2007
Optimal aerodynamic design for the pitch-controlled horizontal axis wind turbine and its aerodynamic performance for various pitch angles are performed numerically by using the blade element momentum theory. The numerical calculation includes effects such as Prandtl‘s tip loss, airfoil distribution, and wake rotation. Six different airfoils are distributed along the blade span, and the special airfoil i.e. airfoil of 40% thickness ratio is adopted at the hub side to have structural integrity. The nonlinear chord obtained from the optimal design procedure is linearized to decrease the weight and to increase the productivity with very little change of the aerodynamic performance. From the comparisons of the power, thrust, and torque coefficients with corresponding values of different pitch angles, the aerodynamic performance shows delicate changes for just $3^{\circ}$ increase or decrease of the pitch angle. For precisive pitch control, it requires the pitch control algorithm and its drive mechanism below $3^{\circ}$ increment of pitch angle. The maximum torque is generated when the speed ratio is smaller than the designed one.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.16
no.2
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pp.34-41
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2012
Thrust vector control system is a control device which is mounted on the exit of the nozzle to generate pitch, yaw and roll directional force by deflecting flow direction of the supersonic jet from the nozzle. Thermal and aerodynamic loads are acting on the surface of jet vane when it is exposed to the jet flow. Axial thrust loss and side thrust loss are affected by shock patterns and interactions between jet-vanes which varies with jet-vane geometry and turning angle. In this research, the performance estimation using the numerical simulation analysis of the nozzle is given and the investigation of the flow visualization and aerodynamic performance with the enforced power to the vane is taken.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.31
no.4
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pp.356-362
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2007
The optimum design and the performance analysis software called POSEIDON for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) was developed by use of BEMT. The Prandtl's tip loss theory was adopted to consider the blade tip loss. The aerodynamic characteristics of NACA 63-415 airfoils were predicted via X-FOIL and the post stall characteristics were estimated by the Viterna's equations. All the predicted aerodynamic characteristics are fairly well agreed with the Velux wind tunnel test results. The rated power of the testing rotor is 1 kW at design conditions. The power, estimated by use of predicted lift and drag coefficient via X-FOIL becomes a little higher than experimental one.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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