In the present numerical analysis, investigation of the effect of blade loadings from design shape on the slip factor variation was studied. Both the Eckardt radial bladed impeller and the backswept impeller were analyzed. In addition, a new design of the blade profile was arbitrarily attempted to generate a center-loading pattern in the original backswept impeller. Three dimensional compressible Navier-Stokes flow analysis with the Baldwin-Lomax turbulence model was applied to get the numerical slip factor at each impeller exit plane using the mass-averaging technique. The numerical slip (actors are in good agreement with the experimental ones and the Wiesner's slip factors deviate further from the numerical and experimental ones in both backswept impellers. Deviation angles and meridional channel loadings are found in no relation with the trend of change of the slip factor. Blade-to-blade loadings in midspan location are, however, found to have a direct relationship, especially at the sections where maximum loadings we to be expected. That information can be utilized in establishing an improved expression for slip factors in the future.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.2
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pp.155-162
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2003
Design optimization of a transonic compressor rotor (NASA rotor 37) using response surface method and three-dimensional Navier-Stokes analysis has been carried out in this work. Baldwin-Lomax turbulence model was used in the flow analysis. Three design variables were selected to optimize the stacking line of the blade. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, adiabatic efficiency was successfully improved. It is also found that the design process provides reliable design of a turbomachinery blade with reasonable computing time.
Numerical optimization techniques combined with a three-dimensional thin-layer Navier-Stokes solver are presented to find an optimum shape of a stator blade in an axial compressor through calculations of single stage rotor-stator flow. Governing differential equations are discretized using an explicit finite difference method and solved by a multi-stage Runge-Kutta scheme. Baldwin-Lomax model is chosen to describe turbulence. A spatially-varying time-step and an implicit residual smoothing are used to accelerate convergence. A steady mixing approach is used to pass information between stator and rotor blades. For numerical optimization, searching direction is found by the steepest decent and conjugate direction methods, and the golden section method is used to determine optimum moving distance along the searching direction. The object of present optimization is to maximize efficiency. An optimum stacking line is found to design a custom-tailored 3-dimensional blade for maximum efficiency with the other parameters fixed.
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.
An S-duct flow is subjected to an entrance flow of Mach 0.6. The duct turns $30^{\circ}$ and reverses its turn by $30^{\circ}$ followed by a straight section. Such an internal flow induces a secondary flow due to curvature effect. Goal of this paper is to show the sensitivity of outflow boundary conditions on the quality of numerical solutions as well as to show curvature effect on the flow field. The often-used Baldwin-Lomax turbulence model is shown to be less functional on the concave region when the secondary flow has its strong Influence.
Design optimization of a transonic compressor rotor (NASA rotor 37) using response surface method and three-dimensional Navier-Stokes analysis has been carried out in this work. Baldwin-Lomax turbulence model was used in the flow analysis. Three design variables were selected to optimize the stacking line of the blade. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, adiabatic efficiency was successfully improved. Ana, it is found that the design process provides reliable design of a turbomachinery blade with reasonable computing time.
Three dimensional turbulent flow fields around ships are simulated by a numerical method. Reynolds Averaged Navier-Stokes equations are used where Reynolds stresses are approximated by Baldwin-Lomax and Sub-Grid Scale(SGS) turbulence models. Body-fitted coordinate system is introduced to conform three dimensional ship geometries. The governing equations are discretized by a finite volume method. Temporal derivatives are approximated by the forward differencing and the convection terms are approximated by the QUICK or Kawamura scheme. The 2nd-order centered differencing is used for other spatial derivatives. Pressure and velocity fields are simultaneously iterated by the Highly Simplified Marker-And-Cell method. To verify the numerical method and turbulence models, flow fields around ships are simulated and compared to the experiments.
This paper presents the result of a computational study on the wake characteristics of two tanker models. i.e HSVA and DYNE hull forms. The focus of the study is on the distributions of axial. radial and tangential velocities of the two hull forms in way of the propeller, especially over the propeller disk. The effect of bilge vortices on the velocity distribution is also concerned. For the computation of stern and wake flows of the two hull forms. the incompressible Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equations are numerically solved by the use of a second order finite difference method, which employs a four stage Runge-Kutta scheme with a residual averaging technique and the Baldwin-Lomax model. The calculated pressure distributions on the hull surface and the axial. radial and tangential velocity distributions over the propeller disk are presented for the two hull forms. Finally, the result of wake analysis for the computed wake distribution over the propeller disk is given in comparison with those for the experimental wake distribution for the both hull forms.
Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are numerically solved using a secondorder finite difference method for the analysis of turbulent flows around single and tandem hydrofoils advancing under the free surface. The location of the free surface, not known a priori, is computed from the kinematic free surface condition and the computational grid is conformed at each iteration to the free surface deformation. The eddy viscosity model of Baldwin-Lomax is employed for the turbulence closure. The method is validated through the comparision of the numerical results with the experimental data for a single hydrofoil of a Joukowski foil section. A computational study is also carried out to investigate the effect of the submergence depth and the Froude number on the lift and the drag of the hydrofoil. For tandem hydrofoils, computations are performed for several separation distances between the forward and aft foils to see the interference effect. The result shows clearly how the lift and drag change with the separation distance.
The flow field around a three dimensional minivan-like body has been simulated. This study solves 3-D unsteady incompressible Navier-Stokes equations on a non-orthogonal curvilinear coordinate system using second-order accurate schemes for the time derivatives, and third/second-order scheme for the spatial derivatives. The Marker-and-Cell concept is applied to efficiently solve continuity equation. The fourth -order artificial damping is added to the continuity equation for numerical stability. A H-H type multi-block grid system is generated around a three dimensional minivan-like body. Turbulent flows have been modeled by the Baldwin-Lomax turbulent model. The simulation shows three dimensional vortex-pair just behind body. And the flow separation is also observed the rear of the body. It has concluded that the results of present study properly agree with physical flow phenomena.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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