The shape optimization of blade sweep in a transonic axial compressor rotor of NASA Rotor 37 has been performed using response surface method and the three-dimensional Wavier-Stokes analysis. Two shape variables of the rotor blade, which are used to define the rotor sweep, are introduced to increase the adiabatic efficiency of the compressor. Throughout the optimization, optimal shape having a backward sweep is obtained. Adiabatic efficiency, which is the objective function of the present optimization, is successfully increased. Separation line due to the interference between a shock and surface boundary layer on the blade suction surface is moved downstream for the optimized blade compared to the reference one. The increase in adiabatic efficiency for the optimized blade is caused by suppression of the separation due to a shock on the blade suction surface.
The Wells turbine is one of the simplest and most promising self-rectifying air turbines which are useful for the systems of alternative energy development in near future, and it is economically desirable from the point of view of the practical use, as well. To investigate the effect of blade sweep on the performance of the Wells turbine, computations of a fully 3-D Navier-Stokes are carried out under steady flow conditions of NACA0020 blade. It is known that the performance of the Wells turbine is considerably influenced by the blade sweep. An optimum blade sweep ratio(f=0.35) for the NACA0020 is found to be the most promising for the practical use, and this value is in good agreement with the previous experiments. It is also found that the overall turbine performance for the NACA0020 is better than that for the CA9.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권4호
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pp.571-580
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2015
In this paper, a computational study was conducted in order to investigate the rotor blade sweep effect on the aerodynamics of a small axial supersonic impulse turbine stage. For this purpose, three-dimensional unsteady RANS simulations have been performed with three different rotor blade sweep angles ($-15^{\circ}$, $0^{\circ}$, $+15^{\circ}$) and the results were compared with each other. Both NTG (No tip gap) and WTG (With tip gap) models were applied to examine the effect on tip leakage flow. As a result of the simulation, the positive sweep model ($+15^{\circ}$) showed better performance in relative flow angle, Mach number distribution, entropy rise, and tip leakage mass flow rate compared with no sweep model. With the blade static pressure distribution result, the positive sweep model showed that hub and tip loading was increased and midspan loading was reduced compared with no sweep model while the negative sweep model ($-15^{\circ}$) showed the opposite result. The positive sweep model also showed a good aerodynamic performance around the hub region compared with other models. Overall, the positive sweep angle enhanced the turbine efficiency.
The effects of blade leading edge sweep on both the aerodynamic performance and the structure stress of a high pressure centrifugal compressor impeller are numerically investigated. Changes in the flow structure occur as a result of the effect of leading edge sweep on the loading distribution in the tip region. The flow separation is avoided by introducing a sweep of the main blade leading edge and the strength of shock is reduced at the same time. Backswept of the leading edge is found to be beneficial to the impeller performance improving. On the other hand, the structural analysis indicated that high rotating speed of the impeller will cause substantial high bending stresses and radial deflections of the blade. Studies have shown that it is possible to control the stress distribution along the tip and root of the blade by slight adjustments to the sweep angle of the leading edge. These adjustments may be used to design the impeller with lower blade root stress distribution without aerodynamics performance penalty.
This paper describes the shape optimization of rotor blade in a transonic axial compressor rotor. Three surrogate models, Kriging, radial basis neural network and response surface methods, are introduced to find optimum blade shape and to compare the characteristics of object function at each optimal design condition. Blade sweep, lean and skew are considered as design variables and adiabatic efficiency is selected as an objective function. Throughout the shape optimization of the compressor rotor, the predicted adiabatic efficiency has almost same value for three surrogate models. Among the three design variables, a blade sweep is the most sensitive on the object function. It is noted that the blade swept to backward and skewed to the blade pressure side is more effective to increase the adiabatic efficiency in the axial compressor Flow characteristics of an optimum blade are also compared with the results of reference blade.
The optimization of a blade sweep for a transonic axial compressor rotor (NASA rotor 37) has been performed using a response surface method and a Reynolds-averaged Wavier-Stokes (RANS) flow simulation. Two shape variables of the rotor blade, which are used to define a blade sweep, are introduced to increase an adiabatic efficiency. Data points for response evaluations have been selected by D-optimal design, and linear programming method has been used for an optimization on a response surface. The result shows that the adiabatic efficiency is increased to about 1 percent compared to that of the reference shape of the rotor blade. Relatively high increasement of the adiabatic efficiency is obtained between 20 and 60 percent span. In the present study, backward swept blade is more effective to increase the adiabatic efficiency In the axial compressor rotor.
본 연구에서는 액체로켓엔진의 터보펌프용 초음속 터빈 로터 블레이드에 스윕 각도 ${\pm}15^{\circ}$를 적용하여 전방스윕(FSW), 후방스윕(BSW)모델의 유동형태 및 성능을 기준모델(NSW)과 비교하여 스윕 적용의 효과를 살펴보았다. 3차원 Navier-Stokes 유동해석에는 상용 코드인 FLUENT 6.3 Parallel을 사용하였다. BSW 모델은 기준 모델(NSW)에 비해 팁 간극으로 빠져나가는 누설 손실량을 줄이는데 효과가 있었고 정효율 증가에도 영향을 미쳤다.
This paper presents a numerical investigation of the influence of the blade back sweep angle on the performance and flow characteristics in a centrifugal compressor with a vaneless diffuser. Five impellers with different back sweep angles were tested in the flow simulations. It was found that a low back sweep angle could improve the total-to-total pressure ratio and the work coefficient over whole operating ranges. However, the flow field in an impeller with a low back sweep angle produced a more non-uniform velocity distribution at the impeller exit because the wake region was significantly increased. As a consequence, the impeller with a low back sweep angle caused a low diffuser performance.
While basic input parameters for the performance and noise of axial fan are flow rate, pressure rise, rotating speed, and fan diameter, the geometric parameters of blade are sweep angle, solidity, and camber angle. The sweep angle does not affect fan performance much, but on fan noise significantly. Solidity and camber angle are very critical design parameters acting on the fan performance directly. The solidity and camber angle are closely related, therefore they have to be carefully determined for the low-noise and high-performance fan. In This paper, different design points are selceted and also geometric parameters are deliberately changed for the comparison of fan noise. As a result, at the same performance, the input rotational speed affects radiated noise more significantly than others. When solidity and camber angle are increased more than those by iDesignFan/sup TM/ program, more noise is experienced. The blade sweep method and blade numbers at same solidity are observed to results in different levels of performance and noise.
Shape optimization of a transonic axial compressor rotor operating at the design flow condition has been performed using response surface method and three-dimensional Navier-Stokes analysis. Three design variables of blade sweep. lean and skew are introduced to optimize the three-dimensional stacking line of the rotor blade. The object function of the shape optimization is selected as an adiabatic efficiency. Throughout the shape optimization of the rotor. the adiabatic efficiency is increased by reducing the tub comer and tip losses. Separation line due to the interference between a passage shock and surface boundary layer on the blade suction surface is moved downstream for the optimized blade compared to the reference one.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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