Numerical analysis of three-dimensional viscous flow-fields in the turbine rotor passages was carried out to investigate flow physics including the interaction between secondary vortices, tip leakage vortex, and the rotor wake. The blade tip geometry was accurately modeled adopting the embedded H grid system. An explicit four-stage Runge-Kutta scheme was used for the time integration of both the mean flow and turbulence equations. The computational results for the entire turbine rotor flows, particularly the tip clearance flow and the secondary flows, were interpreted and compared with the experimental data from the Penn State turbine stage. The predictions for major features of the flow field have been found to be in good agreement with the experimental data.
For the optimal design of an automotive blower system, effects of the scroll cut-off starting angle, the clearance between blade tip and bellmouth, and the scroll expansion angle on the performance of sirocco fan are investigated experimentally. Best performance is achieved at fan exposure ratio $\Deltae/r_c$,/TEX> =1.0, and clearance ratio $\DeltaeC/C=0.62. Flow characteristics inside sirocco fan are also studied by using LDV. Flow patterns in the inside of fan can be classified into three regions. Velocity vector has the same direction as rotational direction of fan at 0~$120^{\circ}$, toward the fan blades at 150~$180^{\circ}$, and opposite direction at 210~$330^{\circ}$. Turbulent intensity is relatively high near the cut-off edge in the scroll housing.
Numerical analysis of three-dimensional viscous flow-fields in the turbine rotor passages is carried out to investigate flow physics including the interaction between secondary vortices, tip leakage vortex, and the rotor wake. The blade tip geometry is accurately modeled adopting the embedded H grid topology. An explicit four-stage Runge-Kutta scheme is used for the time integration of both the mean flow and turbulence equations. The computational results for the entire turbine rotor flows, particularly the tip clearance flow and the secondary flows, are interpreted and compared with the experimental data from the Penn State turbine stage. Good agreement between the experimental data and the numerical prediction was achieved in the sense of the major features of the flow fields.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제33권4호
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pp.545-552
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2009
The marine medium-speed diesel engines are operated by two methods; one is the electric motors, and the other air starting motors. Even though air starting motor is dependent of the engine types and sizes, it has been widely used in this area due to its simplicity, convenience and reliability. However most of them are currently imported from overseas due to the lack of the cutting-edge technology in terms of design and manufacturing. Therefore, from the point of this view, the air starting motor needs to be produced by our own techniques. The purpose of this paper is to give the designing parameters in order to make a proper "Air Starting Motor" using CFD. The aerodynamic approaches were given to understand the internal flow characteristics of the air starting motor. In addition, we have carried out the effects of tip clearance. In the calculations the tip clearance of air starting motor has been varied between 0% and 5.7% of blade span.
The turbopump inducer cavitation is very important for the success of a liquid rocket engine. In this study, the performance test and cavitation performance test were carried out at various rotational speeds with two inducers of different diameter. The rotational speed was varied by 4000, 6000, and 8000 rpm, and the size effect was tested for the normal inducer and twice-enlarged one. The hydraulic performance results showed that the similarity was satisfied over the entire test range of the present study. The blade thickness effect was examined and showed that the increased blade thickness resulted in decreased efficiency and worse cavitation performance for the large tip clearance. The cavitation performance test results showed that the breakdown NPSH increased as the flow coefficient, and was not affected by the rotational speed.
The turbopump inducer cavitation is very important for the success of a Liquid rocket engine. In this study the performance test and cavitation performance test were carried out at various rotational speed with two different diameter inducers. The rotational speed were varied 4000, 6000, 8000 rpm and the variation to the diameter of an inducer were taken as design size and 2 times enlarged size. The major results of the present study were as follows. 1. The hydraulic performance results showed that the similarity was met over the entire test range of the present study. 2. The blade thickness effect was examined and showed that the increased blade thickness resulted in decreased efficiency and worse cavitation performance for large tip clearance. 3. The cavitation performance test results showed that the breakdown NPSH increases as the flow coefficient and does not affected by the rotational speed.
Optimization using a hybrid multi-objective evolutionary algorithm coupled with response surface approximation has been performed to improve the performance of a transonic axial compressor with circumferential casing grooves. In order to optimize the operating stability and peak adiabatic efficiency of the compressor with circumferential casing grooves, tip clearance, angle distribution at blade tip and the depth of the circumferential casing grooves are selected as design variables. Three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with the shear stress transport turbulence model are discretized by finite volume approximations. The trade-off between two objectives with the interaction of blade and casing treatment is determined and discussed with respect to the representative clusters in the Pareto-optimal solutions compared to the axial compressor without the casing treatment.
침식마모로 인하여 손상되어 차량화재를 유발한 차량용 워터펌프의 성능저하를 CFX프로그램을 이용하여 해석하였다. 손상에 따른 성능저하를 해석하기 위하여, 블레이드의 굽힘 변형과 간극의 증가를 고려하였다. 캐비테이션 해석 시에는 포화증기 발생과 응축 과정을 모델링하기 위하여 Rayleigh-Plesset 모델을 적용하였다.
Three-dimensional flow and aerodynamic loss in the tip-leakage flow region of a high-turning first-stage turbine rotor blade with a squealer tip have been measured with a straight miniature five-hole probe for the tip gap-to-chord ratio, h/c, of 2.0%. This squealer tip has a indent-to-chord ratio, $h/{st}/c$, of 5.5%. The results are compared with those for a plane tip $(h_{st}/c=0.0%)$. The squealer tip tends to reduce the mass flow through the tip gap and to suppress the development of the tip-leakage vortex. Therefore, it delivers lower aerodynamic loss in the near-tip region than the plane tip does. At the mid-span, however, the aerodynamic loss has nearly the same value for the two different tips.
Reynolds averaged Wavier-Stokes simulations based on the Reynolds stress model was performed to investigated the effect of inlet flow angle on the distributions of the Reynolds stress tensor inside tip leakage vortex of a linear compressor cascade. Two different inlet flow angles ${\beta}=29.3^{\circ}$(design condition) and $36.5^{\circ}$(off-design condition) were considered. Stress tensor analysis, which transforms the Reynolds stress into the principal direction, was applied to show an anisotropy of the normal stresses. Whereas the anisotropy was highest in the region where the tip leakage vortex collides the suction side of the blade and tip leakage flow enters between blade tip of the pressure side and the endwall, it had the lowest value at the center of tip leakage vortex. It was also found that the magnitude of maximum shear stress at design condition was greater than that of off-design condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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