International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제2권4호
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pp.439-448
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2009
Three inducers were designed to avoid cavitation instabilities. This was accomplished by avoiding the interaction of tip cavity with the leading edge of the next blade. The first one was designed with extremely larger leading edge sweep, the second and third ones were designed with smaller incidence angle by reducing the inlet blade angle or increasing the design flow rate, respectively. The inducer with larger design flow rate has larger outlet blade angle to obtain sufficient pressure rise. The inducer with larger sweep could suppress the cavitation instabilities in higher flow rates more than 95% of design flow coefficient, owing to weaker tip leakage vortex cavity with stronger disturbance by backflow vortices. The inducer with larger outlet blade angle could avoid the cavitation instabilities at higher flow rates, owing to the extension of the tip cavity along the suction surface of the blade. The inducer with smaller inlet blade angle could avoid the cavitation instabilities at higher flow rates, owing to the occurrence of the cavity first in the blade passage and its extension upstream. The cavity shape and suction performance were reasonably simulated by three dimensional CFD computations under the steady cavitating condition, except for the backflow vortex cavity. The difference in the growth of cavity for each inducer is explained from the difference of the pressure distribution on the suction side of the blades.
Jo, Chul-Hee;Hwang, Su-Jin;Kim, Do-Youb;Lee, Kang-Hee
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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제1권2호
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pp.73-84
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2015
The turbine is one of the most important components in the tidal current power device which can convert current flow to rotational energy. Generally, a tidal turbine has two or three blades that are subjected to hydrodynamic loads. The blades are continuously deformed by various incoming flow velocities. Depending on the velocities, blade size, and material, the deformation rates would be different that could affect the power production rate as well as turbine performance. Surely deformed blades would decrease the performance of the turbine. However, most studies of turbine performance have been carried out without considerations on the blade deformation. The power estimation and analysis should consider the deformed blade shape for accurate output power. This paper describes a fluid-structure interaction (FSI) analysis conducted using computational fluid dynamics (CFD) and the finite element method (FEM) to estimate practical turbine performance. The loss of turbine efficiency was calculated for a deformed blade that decreased by 2.2% with maximum deformation of 216mm at the blade tip. As a result of the study, principal causes of power loss induced by blade deformation were analysed and summarised in this paper.
The present study is conducted to investigate the local heat/mass transfer characteristics on the shroud with blade tip clearances. The relative motion between blade and shroud has little influence on the overall heat transfer characteristics, except some local effects. Therefore, the relative motion between the blade and shroud is neglected in this study. A naphthalene sublimation method is employed to determine the detailed local heat/mass transfer coefficients on the surface of the shroud. The tip clearance is changed from 0.66% to 2.85% of the blade chord length. The flow enters the gap between the blade tip and shroud at the pressure side due to the pressure difference. Therefore, the heat/mass transfer characteristics on the shroud are changed significantly from those with endwall. At first, high heat/mass transfer occurs along the profile of blade at the pressure side due to the entrance effect and acceleration of the gap flow. Then, the heat/mass transfer coefficients on the shroud increase along the suction side of the blade because tip leakage vortices are generated and interact with the main flow. The results show that the heat/mass transfer characteristics are changed largely with the gap distance between the tip of turbine blade and the shroud.
This study presents the measured unsteady flctuation of impeller discharge flow for a centrifugal compressor in an unstable operating region. The characteristics of the blade-to-blade flow at rotating stall onset were investigated by measuring unsteady velocity fluctuations at several different diffuser axial distances using a hot wire anemometer. The flow characteristics in terms of the radial and tangential velocity components and the flow angle distribution at the impeller exit were analyzed using phase-locked ensemble averaging techniques. As a result, increase or decrease of the radial velocity component during the rotating stall is dominated by that of the suction side. The radial velocity distributions show the opposite trends in the regions where the radial velocity during rotating stall onset increases and decreases.
This study presents the measured unsteady fluctuation of impeller discharge flow for a centrifugal compressor in unstable operating region. The characteristics of the blade-to-blade flow at rotating stall onset were investigated by measuring unsteady velocity fluctuations at several different diffuser axial distances using a hot wire anemometer. The flow characteristics in terms of the radial and tangential velocity components and the flow angle distribution at the impeller exit were analyzed using phase-locked ensemble averaging techniques. As a result, increase or decrease of the radial velocity component during the rotating stall is dominated by that on the suction side. The radial velocity distributions show the opposite trends in the regions where the radial velocity during rotating stall onset increases and decreases.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제12권1호
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pp.50-60
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2004
An experimental analysis using three-dimensional Laser Doppler Velocimetry(LDV) measurement and computational analysis using the Reynolds stress model in FLUENT are conducted to give a clear understanding of the effect of blade loading on the structure of tip leakage flow in a forward-swept axial-flow fan operating at the maximum efficiency condition ($\Phi$=0.25) and two off-design conditions ($\Phi$=0.21 and 0.30). As the blade loading increases, the onset position of the rolling-up of tip leakage flow moves upstream and the trajectory of tip leakage vortex center is more inclined toward the circumferential direction. Because the casing boundary layer becomes thicker and the mixing between the through-flow and the leakage jet with the different flow direction is enforced, the streamwise vorticity decays more fast with the blade loading increasing. A distinct tip leakage vortex is observed downstream of the blade trailing edge at $\Phi$=0.30, but it is not observed at $\Phi$=0.21 and 0.25.
A high-order accurate Euler flow solver based on a discontinuous Galerkin finite-element method has been developed for the numerical simulations of blade-vortex interaction phenomena on unstructured meshes. A free vortex in freestream was investigated to assess the vortex-preserving property and the accuracy of the present flow solver. Blade-vortex interaction problems in subsonic and transonic freestreams were simulated by adopting a multi-level solution-adaptive dynamic mesh refinement/coarsening technique. The results were compared with those of other numerical and experimental methods. It was shown that the present discontinuous Galerkin flow solver can preserve the vortex structure for significantly longer vortex convection time and can accurately capture the complex unsteady blade-vortex interaction flows, including generation and propagation of acoustic waves.
A high-order accurate Euler flow solver based on a discontinuous Galerkin finite-element method has been developed for the numerical simulations of blade-vortex interaction phenomena on unstructured meshes. A free vortex in freestream was investigated to assess the vortex-preserving property and the accuracy of the present flow solver. Blade-vortex interaction problems in subsonic and transonic freestreams were simulated by adopting a multi-level solution-adaptive dynamic mesh refinement/coarsening technique. The results were compared with those of other numerical and experimental methods. It was shown that the present discontinuous Galerkin flow solver can preserve the vortex structure for significantly longer vortex convection time and can accurately capture the complex unsteady blade-vortex interaction flows, including generation and propagation of acoustic waves.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권4호
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pp.387-395
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2011
Single-blade centrifugal pumps are widely used as sewage pumps. However, the impeller of a single-blade pump is subjected to strong radial thrust during pump operation because of the geometrical axial asymmetry of the impeller. Therefore, to improve pump reliability, it is necessary to quantitatively understand radial thrust and elucidate the behavior and mechanism of thrust generating. This study investigates the radial thrust acting up on a single-blade centrifugal impeller by conducting experiments and CFD analysis. The results show that the fluctuating component of radial thrust increases as the flow rate deviates from the design flow rate to low or high value. Radial thrust was modeled by a combination of three components, inertia, momentum, and pressure by applying an unsteady conservation of momentum to the impeller. The sum of these components agrees with the radial thrust calculated by integrating the pressure and the shearing stress on the impeller surface. The behavior of each component was shown, and the effects of each component on radial thrust were clarified. The pressure component has the greatest effect on the time-averaged value and the fluctuating component of radial thrust. The time-averaged value of the inertia component is nearly 0, irrespective of the change in the flow rate. However, its fluctuating component has a magnitude nearly comparable with the pressure component at a low flow rate and slightly decreased with the increase in flow rate.
A computerized axial flow fan design system is developed with the capabilities for predicting the aerodynamic performance and the noise characteristics of fan. In the present study, the basic fan blading design is made by combining vortex distribution scheme with camber line design, airfoil selection, blade thickness distribution and stacking of blade elements. With the designed fan blade geometry, the through-flow field and the performance of fan are analyzed by using the streamline curvature computing scheme with spanwise total pressure loss and flow deviation models. Fan noise is assumed to be generated due to the pressure fluctuation induced by wake vortices of fan blades and to radiate as dipole distribution. The vortex-induced fluctuating pressure on blade surface is calculated by combining thin airfoil theory and the predicted flow field data. The predicted performances, sound pressure level and noise directivity patterns of fan by the present method are favorably compared with the test data of actual fans. Furthermore, the present method is shown to be very useful in designing the blade geometry of new fan and optimizing design variables of the fan to achieve higher efficiency and lower noise level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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