Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.1
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pp.84-94
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2003
It is known that tip clearance flows reduce the pressure rise, flow range and efficiency of the turbomachinery. So, the clear understanding about flow fields in the tip region is needed to efficiently design the turbomachinery. The Navier-Stokes code with the proper treatment of the boundary conditions has been developed to analyze the three-dimensional steady viscous flow fields in the transonic rotating blades and a numerical study has been conducted to investigate the detail flow physics in the tip region of transonic rotor, NASA Rotor 67. The computational results in the tip region of transonic rotors show the leakage vortices, leakage flow from pressure side to suction side and their interaction with a shock. Depen ding on the operating conditions, toad distributions and the position of shock-wave on the blade surface are very different close to the blade tip of the transonic compressor rotor. The load distribution and the shock-wave position close to the blade tip had the close relationship with the starting position of leakage vortex and the direction of leakage flow.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.7
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pp.69-74
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2003
By employing vane tip concept, a new rotor blade (NRSB-I) has been designed to enhance the noise characteristics of BERP blade. Numerical analyses have been performed for hovering rotor and the results are compared with respect to those of original BERP blade. Although the thrust of designed rotor decreases by 6-7% due to cutout at the tip region, the results indicate that the actual performance loss is negligible because power reduction is greater than thrust loss. It is also found that aerodynamic fence is required at the outboard kink to obtain clearly separated twin-vortices because the vortex generated at kink is diffused during the convection over the blade surface.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.5
s.248
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pp.446-456
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2006
The effect of relative position of the stationary turbine blade for the fixed vane has been investigated on blade tip and shroud heat transfer. The local mass transfer coefficients were measured on the tip and shroud fur the blade fixed at six different positions within a pitch. A low speed stationary annular cascade with a single turbine stage was used. The chord length of the tested blade is 150 mm and the mean tip clearance of the blade having flat tip is 2.5% of the blade chord. A naphthalene sublimation technique was used for the detailed mass transfer measurements on the tip and the shroud. The inlet flow Reynolds number based on chord length and incoming flow velocity is fixed to $1.5{\times}10^5$. The results show that the incoming flow condition and heat transfer characteristics significantly change when the relative position of the blade changes. On the tip, the size of high heat/mass transfer region along the pressure side varies in the axial direction and the difference of heat transfer coefficient is up to 40% in the upstream region of the tip because the position of flow reattachment changes. On shroud, the effect of tip leakage vortex on the shroud as well as tip gap entering flow changes as the blade position changes. Thus, significantly different heat transfer patterns are observed with various blade positions and the periodic variation of heat transfer is expected with the blade rotation.
The heat/mass transfer characteristics on the plane tip surface of a high-turning first-stage turbine rotor blade has been investigated by employing the naphthalene sublimation technique. The heat/mass transfer coefficient is measured for four tip clearance height-to-chord ratios of h/c = 1.0%, 2.0%, 3.0%, and 4% at the Reynolds number of $2.09{\times}105$. The result shows that at lower h/c, there exists a strong flow separation/re-attachment process, which results in severe thermal load along the pressure-side comer. As h/c increases, the re-attachment is occurred further downstream of the pressure-side comer with lower thermal load. At higher h/c, a pair of vortices on the tip surface near the leading edge are found along the pressure-side and suction-side comers, and the pressure-side tip vortex have significant influence even on the mid-chord local heat transfer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.3
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pp.330-337
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2004
Analysis of flow phenomena in a centrifugal compressor impeller has been carried out with numerical simulation to understand the physics of flow near stall. Near stall point, tip leakage flow spills ahead of the leading edge of adjacent blade and other leakage flow passes over the clearance of the adjacent blade instead of rolling up into vortex within the passage. The tip leakage flow at the mid chord of impeller blade impinges against the pressure surface of the adjacent blade and then rolls up into vortex within the passage, which blocks the flow passage and generates viscous loss. The spillage of leakage flow ahead of the adjacent blade generates the recirculation of flow entering the impeller, which causes the power transferred into the flow by the impeller to decrease and blocks the flow passage. Near diffuser hub wall, flow recirculation occurs. As operating point goes to stall point, the core of recirculation approaches the impeller exit The length rises to peak point and then drops with mass flow reduction, while the height steadily rises.
Seo-Yoon Ryu;Cheolung Cheong;Jong Wook Kim;Byeong Il Park
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.43
no.1
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pp.103-111
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2024
Axial-flow fans are used to transport fluids in relatively low-pressure flow regimes, and a variety of design variables are employed. The tip geometry of an axial fan plays a dominant role in its flow and noise performance, and two of the most prominent flow phenomena are the tip vortex and the tip leakage vortex that occur at the tip of the blade. Various studies have been conducted to control these three-dimensional flow structures, and winglet geometries have been developed in the aircraft field to suppress wingtip vortices and increase efficiency. In this study, a numerical and experimental study was conducted to analyze the effect of winglet geometry applied to an axial fan blade for an air conditioner outdoor unit. The unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equation and the FfocwsWilliams and Hawkings (FW-H) equation were numerically solved based on computational fluid dynamics techniques to analyze the three-dimensional flow structure and flow noise numerically, and the validity of the numerical method was verified by comparison with experimental results. The differences in the formation of tip vortex and tip leakage vortex depending on the winglet geometry were compared through a three-dimensional flow field, and the resulting aerodynamic performance was quantitatively compared. In addition, the effect of winglet geometry on flow noise was evaluated by numerically simulating noise based on the predicted flow field. A prototype of the target fan model was built, and flow and noise experiments were conducted to evaluate the actual performance quantitatively.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.13
no.4
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pp.263-269
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2010
The present study deals with the investigation about the improvement of performance of tidal stream turbine blade (HAT) with tip rake. HAT impeller has sometimes experienced noise and vibration by Tip vortex which causes even erosion and severe efficiency loss to the blade, The newly proposed tip rake impeller can make the tip vortex week compared with a normal impeller by preventing the three dimensional effect at tip region. In order to find out the optimum rake impeller, three cases have been designed and the performance of the designed rake impellers has been validated by the commercial CFD code(Fluent). The efficiency of optimized rake impeller was up to 4.6% higher than the conventional impeller. The more parametric study for high efficiency and good cavitation performance is expected to be conducted in a near future.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.1
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pp.28-33
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2014
In order to research the relationship between the tip clearance and leakage flow of centrifugal compressor, a high speed centrifugal compressor was investigated by using CFD. A numerical study on the effect of four different rotor tip clearance sizes of centrifugal compressor, which were 0.5times, 1 times, 1.5times and 2.0times of the design tip clearance, was carried out. Efficiency and pressure ratio curves were obtained under different mass flow. The reasons of the clearance vortex and the factors of vortex size were analyzed. The result indicated that with the increase of tip clearance size, the performance of the compressor changed obviously, the performance parameters such as efficiency and pressure ratio tended to decrease obviously. While, the leakage flow does not always lead to leak vortex. The strength of the vortex increased with the tip clearance. The size of leak vortex was affected by the pressure difference between the suction side and the pressure side of blade tip.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.4
s.235
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pp.495-503
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2005
Experiments were conducted in a low speed stationary annular cascade to investigate local heat transfer characteristics on the tip and shroud and the effect of inlet Reynolds number on the tip and shroud heat transfer. Detailed mass transfer coefficients on the blade tip and the shroud were obtained using a naphthalene sublimation technique. The turbine test section has a single stage composed of sixteen guide vanes and blades. The chord length and the height of the tested blade are 150 mm and about 125 mm, respectively. The blade has flat tip geometry and the mean tip clearance is about $2.5{\%}$of the blade chord. The inlet flow Reynolds number based on chord length and incoming flow velocity is changed from $1.0{\times}10^{5}\;to\;2.3{\times}10^{5}.$ to investigate the effect of Reynolds number. Flow reattachment after the recirculation near the pressure side edge dominates the heat transfer on the tip surface. Shroud surface has very intricate heat/mass transfer distributions due to complex flow patterns such as acceleration, relaminarization, transition to turbulent flow and tip leakage vortex. Heat/mass transfer coefficient on the blade tip is about 1.7 times as high as that on the shroud or blade surface. Overall averaged heat/mass transfer coefficients on the tip and shroud are proportional to $Re_{c}^{0.65}\;and\;Re_{c}^{0.71},$ respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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