Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.7
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pp.1851-1865
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1994
The objective of the present study is to predict the film cooling effectiveness by a row of holes at various injection ratios and injection angles. Numerical calculations have been performed to investigate the characteristics of flow and temperature distributions in a region near the down-stream of injection hole including the region of adverse pressure gradient. The elliptic turbulent 3-dimensional governing equations with variable thermal properties using the low-Reynolds number k-$\bar{varepsilon}$ model was solved by SIMPLE algorithm. The results showed that the presence of adverse pressure gradient and secondary vortex in the region near the downstream of injection hole induces large temperature gradent. The $45^{\circ}$ injection has higher averaged film cooling effectiveness than $60^{\circ}$ injection. But neverthless the $90^{\circ}$ injection has greater deviation from a flat plate than $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$ injection, the $90^{\circ}$ injection has higher averaged film cooling effectiveness than $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$ injection in the region near the downstream of injection hole.
A front-end cooling fan is designed and tested in the present study. The design technique is developed using the one-dimensional inviscid flow through the fan blade, the empirical equations, and the experimental correlations. Design data for the blade can be obtained for a given flow rate and a pressure rise. A parabolic function is used to generate a sweep of the fan. Characteristics of the blade geometry are discussed between the huh and the tip. The fan is tested in the fan test unit. The measured volume flow rate at the operating point is in good agreement with that of the design specifications. Sound pressure levels of the noise are predicted with the Ffowcs Williams-Hawkings equations. Calculation results of the sound pressure level(SPL) 1m away from the fan are obtained and cpmpared with the measured data.
We used a cylindrical model which simulates turbine blade leading edge to investigate the effects of free-stream turbulence intensity and blowing ratio on film cooling of turbine blade leading edge. Tests are carried out in a low-speed wind tunnel on a cylindrical model with three rows of injection holes. Mainstream Reynolds number based on the cylinder diameter was $7.1\times10^4$. Two types of turbulence grid are used to increase a free-stream turbulence intensity. The effect of coolant blowing ratio was studied for various blowing ratios. For each blowing ratios, wall temperatures around the surface of the test model are measured by thermocouples installed inside the model. Results show that blowing ratios have small effect on spanwise-averaged film effectiveness at high free-stream turbulence intensity. However, an increase in free-stream turbulence intensity enhances significantly spanwise-averaged film effectiveness at low blowing ratio.
The new cooling fan for various parts & equipments of KTX is developed and evaluated to improve fan performance and durability. The characteristic curve of the developed fan is obtained according to KSB 6311 of performance test regulation. 70 degree of the installation angle of blade makes the fan to produce a maximum flow rate. This angle is found out through trial-error and is confirmed through the verification test. In order to improve the blade strength, the blade is produced by a draw forming. The adoption of AL50 reduces a fan weight by 6 kg. The new blade makes a static pressure 170 (mmAq), a discharge rate $140(m^3/min)$, a rotational speed 2886 (rpm) at the power 10 kw. which results 54% of the static pressure improvement relative to the original blade.
In order to cool the turbine blade under high temperature operating conditions, the film-cooling method is generally applied. In this study, $CO_2$ was used as working fluid and it helped the operating system to prevent the loss of compressed air. The trapezoidal diffuser shape was adopted at the cross section of hole and the characteristics of heat flow with various working fluids were numerically studied. In particular, the different mixture ratios of $CO_2$, such as various density ratios of 0.2, 0.8, and 1.0, respectively, were considered. Numerical results are graphically depicted with various conditions.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.847-847
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2004
Automobile cooling fans are operated with a radiator module. To design low noise, high performance cooling fan, radiator resistance should be considered in the design process. The system (radiator) resistance reduces axial velocity and increases effective angle of attack. This increasing effective angle of attack mechanism causes blade stall, performance decrease and noise increase. In this paper, To analyze fan performance, freewake and 3D CFD calculations are used To design high performance fan with consideration of system resistance, optimal twist concept is applied through momentum and blade element theory. To predict fan noise, empirical formula and acoustic analogy methods are used.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.3
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pp.419-430
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1999
Measurements of local blowing ratio and ammonia-diazo flow visualizations have been conducted for a shower-head film cooling on a first-stage turbine stator. In this study, six rows of normal holes are drilled symmetrically on the semicircular leading edge of a simulated blunt body. The measurements show that for an average blowing ratio based on freestream velocity, M, of 0.5, local average mass flow rate through the first two rows of the holes is less than those through the second and third two rows of the holes, and the fraction of mass flow rate through the first two rows to total mass flow rate has a tendency to increase with the increment of M. The flow visualizations reveal that the injection through the first two row results in inferior film coverage even In the case of M = 0.5, meanwhile the row of holes situated at farther downstream location provides higher film-cooling performances for all tested M. This is because film-cooling effectiveness depends on local mainflow velocity at the hole location as well as the mass flow rate through each row.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.05a
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pp.433-436
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2010
In this paper, heat/mass transfer characteristics on a film cooled stationary rotor blade are investigated using the naphthalene sublimation method. A row-speed annular wind tunnel with a single annular turbine stage is used. Three rows of film cooling holes are machined on the leading edge of the test blade. Detailed heat/mass transfer distributions are measured with changing the blowing rate from 1.0 to 2.0. As the blowing ratio increases, overall heat/mass transfer increases and the lower peak formed on the pressure side were disappeared.
Kim, K.Y.;Lee, K.D.;Moon, M.A.;Heo, M.W.;Kim, H.M.;Kim, J.H.;Husain, A.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2010.05a
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pp.530-533
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2010
This paper presents numerical analysis and design optimization of various turbine blade cooling techniques with three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) analysis. The fluid flow and heat transfer have been performed using ANSYS-CFX 11.0. A fan-shaped hole for film-cooling has been carried out to improve film-cooling effectiveness with the radial basis neural network method. The injection angle of hole, lateral expansion angle of hole and ratio of length-to-diameter of the hole are chosen as design variables and spatially averaged film-cooling effectiveness is considered as an objective function which is to be maximized. The impingement jet cooling has been performed to investigate heat transfer characteristic with geometry variables. Distance between jet nozzle exit and impingement plate, inclination of nozzle and aspect ratio of nozzle hole are considered as geometry variables. The area averaged Nusselt number is evaluated each geometry variables. A rotating rectangular channel with staggered array pin-fins has been investigated to increase heat transfer performance ad to decrease friction loss using KRG modeling. Two non-dimensional variables, the ratio of the eight diameter of the pin-fins and ratio of the spacing between the pin-fins to diameter of the pin-fins selected as design variables. A rotating rectangular channel with staggered dimples on opposite walls are formulated numerically to enhance heat transfer performance. The ratio of the dimple depth and dimple diameter are selected as geometry variables.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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