Three-dimensional vortical flow and separated flow topology near the casing wall in an axial flow fan having two different tip clearances have been investigated by a Reynolds-averaged Wavier-Stokes (RANS) flow simulation. The simulation shows that the tip leakage vortex formed close to the leading edge of the blade tip on suction side grows in the streamwise direction. On the casing wall, a separation line is formed upstream of the leakage vortex center due to the interference between the leakage vortex and main flow. The reverse flow is observed between the separation line and the attachment line generated downstream of the trailing edge, and increased with enlarging tip clearance. The patterns of a leakage velocity vector including a leakage flow rate are also analyzed according to two tip clearances. It is noted that the understanding of the distribution of a limiting streamline on the casing wall is very important to grasp the characteristics of the vortical flow in the axial flow fan.
The present work describes the prediction method for the unsteady flow field and the acoustic pressure field of a ducted axial fan. The prediction method is comprised of time-marching free-wake method, acoustic analogy, and the Helmholtz-Kirchhoff BEM. The predicted sound signal of a rotor is similar to the experiment one. We assume that the rotor rotates with a constant angular velocity and the flow field around the rotor is incompressible and inviscid. Then, a time-marching free-wake method is used to model the fan and to calculate the flow field. The force of each element on the blade is calculated by the unsteady Bernoulli equation. Lowson's method is used to predict the acoustic source. The newly developed Helmholtz-Kirchhoff BEM for thin body is used to calculate the sound field of the ducted fan. The ducted fan with 6 blades is analysed and the sound field around the duct is calculated.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.4
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pp.170-176
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2013
Counter Rotating Turbine (CRT) is an axial turbine with a nozzle followed by a rotor and another rotor that rotates in the opposite direction of the first one. Axial spacing between blade rows plays major role in its performance. Present work involves computationally studying the performance and flow field of CRT with axial spacing of 10, 30 and 70% for different mass flow rates. The turbine components are modeled for all the three spacing. Velocity, pressure, entropy and Mach number distributions across turbine stage are analyzed. Effect of spacing on losses and performance in case of stage, Rotor1 and Rotor2 are elaborated. Results confirm that an optimum axial spacing between turbine components can be obtained for the improved performance of CRT.
Photovoltaic and wind power generation have an advantage of unlimited and unpolluted amount of energy resource. In conventional wind generation systems, since the blade rotates at low speed when the velocity of wind decreases their operations are possible only under limited conditions. Therefore they are in trouble of self-generation without the help of auxiliary generation devices outside. The system driven by the wind force in this paper consists of a generator, an invertor, batteries and sets for power storage with a spring. In this paper, the operation characteristics of system were analyzed through experiments for a trial product.
To examine the influence of unsteady wake on the flow and heat transfer characteristics, an experiment has been conducted in a four-vane linear cascade. Flow and heat transfer measurements are made for the inlet Reynolds number of 66000(based on chord length and free-stream velocity). Turbulent intensity and stress were measured using hot wire anemometer, and to measure the convective heat transfer coefficients on the blade surfaces liquid crystal/gold film Intrex technique was used. The disturbance by the unsteady wake is characterized by the unresolved unsteadiness. The unsteady wake enhances the turbulent motion of flow in the cascade passage. It also promotes the boundary layer development and transition. The results show that heat transfer coefficients on the suction surface increase with increasing unresolved unsteadiness.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.3
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pp.13-21
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2004
This paper deals with a theoretical and experimental method for the design of a biased asymmetric pre-swirl stator propulsion system which is an energy saving device by recovering a propeller rotational energy. In the case of slow-speed ships, the upward flow is generated along the afterbody hull form at the propeller plane. The generated upward flow cancels the rotating flow of the propeller at the starboard part while it increases at port part. The present biased asymmetric pre-swirl stator propulsion system consists of three blades at the port and one blade at the starboard which can recover the biased rotating flow effectively. This paper provides the design concept which gives more simple and a high degree of efficiency and the experimental results for the compound propulsion system.
This paper presents a new multifunctional active guidewire system for medical applications that uses a magnetic microrobot. The study demonstrated that the proposed microrobot system could swim and be controlled under Low-Reynolds-number (Re) environments in blood vessel models. The prototype of the robotic guidewire, which is driven within a three-axis Helmholtz coil system, consists of a guide-wire, spiral blade, drilling tip, and permanent magnet. The spiral-type microrobot showed stable active locomotion between 3 kA/m and 9.1 kA/m under driving frequency up to 70 Hz in a silicone oil (of viscosity 1000 cst). The microrobot produced a maximum moving velocity of $8.08{\times}10^{-3}m/s$ at 70 Hz and 9.1 kA/m. In particular, the robotic guidewire produced 3D locomotion with drilling in the three-axis Helmholtz coil system. We verified active locomotion, towing of guidewire, steering, and drilling of the proposed robotic guidewire system through experimental analyses.
In order to design a propeller with high efficiency and excellent cavitation performance, theoretical and experimental studies on the cavitation and noise characteristics according to the blade section shape are essential. In general, sheet cavitation, bubble cavitation, and cloud cavitation are the main causes of hull vibration and propeller surface erosion. However vortex cavitation, which has the greatest influence on the noise level because the fastest CIS in ship propeller, has been researched for a long time and studies have been conducted recently to control it. In this experiment, the development process of cavitation was measured by using three dimensional wings with two different wing section and wing tip shapes, and the noise level at that time was evaluated. In addition, we evaluated the relationship between cavitation inception and hydrodynamic force using three component load cell and we measured the velocity field of wing wake using LDV.
This work presents a numerical investigation of the aerodynamics and aero acoustics of the HVAB rotor in hover conditions. Two fully turbulent models are employed, the one-equation Spalart-Allmaras model and the two-equation k-ω SST model. Transition effects are investigated as well using the Langtry-Menter γ-Re θt transition transport model. The noise generation and propagation are being investigated using the Ffows-Williams Hawking model for far-field noise and the broadband model for near-field noise. Comparisons with other numerical solvers and with the PSP rotor test data are presented. The results are presented in terms of thrust and power coefficients, the figure of merit, surface pressure distribution, and Sound pressure level. Velocity, pressure, and vortex structures generated by the rotor are also shown in this work. In addition, this work investigates the contribution of different blade regions to the overall noise levels and emphasizes the importance of considering specific areas for future improvements.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.2
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pp.105-112
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2013
The application of contra-rotating rotors for higher specific speed pump has been proposed in our studies, which is in principle effective for reducing the rotational speed and/or the pump size under the same specification of conventional axial flow pump. In the previous experiments of our prototype, the cavitation inception at the tip region of the rear rotor rather than that of the front rotor and the strong potential interaction from the suction surface of the rear rotor blade to the pressure surface of the front one were observed, indicating the possibility to further improve the pump performance by optimizing rotational speed combination between the two rotors. The present research aims at the design of rear rotor with lower rotational speed. Considering the fact that the incoming flow velocity defects at the tip region of the rear rotor, an integrated inflow model of 'forced vortex' and 'free vortex' is employed. The variation of maximum camber location from hub to tip as well as other related considerations are also taken into account for further performance improvement. The ideas cited above are separately or comprehensively applied in the design of three types of rear rotor, which are subsequently simulated in ANSYS CFX to evaluate the related pump performance and therefore the whole low speed design idea. Finally, the experimental validation is carried out on one type to offer further proofs for the availability of the whole design method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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