Dispersion of coolant jets in a film cooling flow field is the result of a highly complex interaction between the film cooling jets and the mainstream. In order to investigate the effect of blowing ratios on the film cooling of a turbine blade, cylindrical body model is used. Mainstream Reynolds number based on the cylinder diameter is $7.1{\times}10^4$. The effects of coolant flow rates are studied for blowing ratios of 0.7, 1.0, 1.3 and 1.7, respectively. The temperature distribution of the cylindrical model surface is visualized with infrared thermography (IRT). Results show that the film cooling performance could be significantly improved by the shaped injection holes. For higher blowing ratio, the spanwise-diffused injection holes are better due to the lower momentum flux away from the wall plane at the hole exit.
The losses at off-design points from a compressor cascade occur due to the deviation from a design incidence angle at the inlet of the cascade. The self-noise from the blade cascade at off-design points comes from a separated boundary layer and vortex sheddings. If the incidence angle to the cascade increases, stalling in blades may occur and the noise level increases significantly. This study applied Large-Eddy Simulations (LES) using deductive and deductive dynamic SGS models to low Mach-number, turbulent flow with each incidence angle to the cascade ranging from -40$^{\circ}$ to +20$^{\circ}$ and compared numerical predictions with measured data. It was observed that the oscillating separation bubbles attached to the suction surface do not modify wake flows dynamically for cases of negative incidence angles. However, an incidence angle greater than 8$^{\circ}$ caused a separated vortex near the leading edge to be shed downstream and created stalling. The computed performance parameters such as drag coefficient and total pressure loss coefficient showed good agreement with experimental results. Noise from the cascade of the compressor is summarized as sound generated by a structure interacting with unsteady, turbulent flows. The hybrid method using acoustic analogy was observed to closely predict the measured overall sound powers and directivity patterns at design and off-design points of blade cascade.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.3
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pp.1-8
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2013
In this study, we performed three-dimensional CFD analysis to investigate the effect of the rotor blade sweep of a partial admission supersonic turbine on the stage performance and the flow field. The computations are conducted for three different sweep cases, No sweep(NSW), Backward sweep(BSW), and Forward sweep(FSW), using flow analysis program, FLUENT 6.3 Parallel. The results of the BSW model show reduced mass flow rates of tip leakage and increased total-to-static efficiency. The strength of leading edge bow shock was decreased a little with BSW model. And the BSW model also shows a good performance around the hub region compared to other models.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.3
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pp.8-17
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2002
In this paper, the computational analysis of open-water characteristics for three model propellers(P4119, P4842 and 3 podded propeller of KRISO) is done by using a viscous-flow method based on Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations. The results are presented for open-water performances, blade-section pressures, and circumferentially-averaged velocity profiles for the all three propeller models. Overall close agreements with available experimental data are shown. However, some discrepancies are also found in the pressure near the leading edge of the propeller blade and the open-water performance of the podded propellers.
Kim, Sung;Choi, Young-Seok;Lee, Kyoung-Yong;Kim, Jun-Ho
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.14-24
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2011
In this paper, design optimization for mixed-flow pump impellers and diffusers has been studied using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code and DOE (design of experiments). We also discussed how to improve the performance of the mixed-flow pump by designing the impeller and diffuser. Geometric design variables were defined by the vane plane development, which indicates the blade-angle distributions and length of the impeller and diffusers. The vane plane development was controlled using the blade-angle in a fixed meridional shape. First, the design optimization of the defined impeller geometric variables was achieved, and then the flow characteristics were analyzed in the point of incidence angle at the diffuser leading edge for the optimized impeller. Next, design optimizations of the defined diffuser shape variables were performed. The importance of the geometric design variables was analyzed using $2^k$ factorial designs, and the design optimization of the geometric variables was determined using the response surface method (RSM). The objective functions were defined as the total head and the total efficiency at the design flow rate. Based on the comparison of CFD results between the optimized pump and base design models, the reason for the performance improvement was discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.5
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pp.435-441
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2015
In this study, a method for optimal design of impeller and diffuser blades in the centrifugal compressor using response surface method (RSM) and multi-objective genetic algorithm (MOGA) was evaluated. A numerical simulation was conducted using ANSYS CFX with various values of impeller and diffuser parameters, which consist of leading edge (LE) angle, trailing edge (TE) angle, and blade thickness. Each of the parameters was divided into three levels. A total of 45 design points were planned using central composite design (CCD), which is one of the design of experiment (DOE) techniques. Response surfaces that were generated on the basis of the results of DOE were used to determine the optimal shape of impeller and diffuser blade. The entire process of optimization was conducted using ANSYS Design Xplorer (DX). Through the optimization, isentropic efficiency and pressure recovery coefficient, which are the main performance parameters of the centrifugal compressor, were increased by 0.3 and 5, respectively.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.4
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pp.275-280
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2007
A turbine stage consists of stators and rotors. The stator provides the required inlet flow conditions so that the rotor can produce the necessary power. Passing wakes generated from the trailing edge of the stator make an interaction with the rotor. In the present study, this flow mechanism is investigated using the numerical analysis. In case of a large gap distance between the stator and rotor, the flow can be solved independently. First, only the stator flow field is solved. Second, the rotor flow field is solved including the passing wake characteristics obtained from the stator analysis. The passing wake experiences the shearing as it approaches to the rotor blade leading edge. And it is chopped when it strikes the rotor blade. After that, the chopped wakes becomes the prolongation as it travels downstream. The flow according to the variation of the gap distance is also studied. Pressure jumps due to the passing wakes result in the pressure and lift loss and it gets stronger with the closer gap distance.
Chen, Zhenmu;Wei, Qingsheng;Singh, Patrick Mark;Choi, Young-Do
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.18
no.5
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pp.19-25
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2015
As a core component of a hydropower station, hydro turbines play a vital role in the integration of a power station. Research on the technology of hydro turbine is continuously increasing with the development of water electricity. On the basis of one-dimensional loss analysis, for three-dimension design, there are a lot of dimension of the internal flow passage shapes that are determined by experience. Therefore, the effect of the internal flow passage shapes on the performance and internal flow characteristics of a Francis hydro turbine model is investigated in this study. In this study, the small curvature of runner blade trailing edge shape is good for improving the efficiency of Francis turbine. The straight stay vane leading edge is good for suppressing the secondary flow. Moreover, suitable tongue passage shape and stay vane number improve the performance of the turbine considerably.
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 Navier-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.
In recent years, propellers with various blade configurations such as highly skewed propellers are often fitted to ships from the viewpoint of reduction of vibration and noise. In the design of such propellers, design charts based on methodical series tests are to be complemented by theoretical calculations for accurate estimation of propeller open-water characteristics. The author intended to develop a method to estimate propeller open-water characteristics based on Quasi -Vortex - Lattice Method originally developed by Lan for solving planar thin wings, The Quasi - Vortex - Lattice Method has the simplicity and flexibility of Vortex - Lattice Method. Its accuracy is comparable to that of the Vortex - Lattice Method. Converged solution can be obtained with a small number of control points and further, leading edge suction force can be calculated directly. In the present paper, a numerical method to estimate propeller open-water characteristics based on the Quasi - Vortex - Lattice Method is reviewed and its application to marine propellers is described in detail. Comparison of propeller open-water characteristics obtained by the present method with experimental data showed good agreement for a wide variety of propellers including highly skewed propellers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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