The present study investigates the effects of various rib arrangements and rotating on heat/mass transfer in the cooling passage of gas turbine blades. The cooling passage has very complex flow structure, because of the rib turbulator and rotating effect. Experiments and numerical calculation are conducted to investigate the complex flow structures and heat transfer characteristics; the numerical computation is performed using a commercial code, FLUENT ver.5, to calculate the flow structures and the experiments are conducted to measure heat/mass transfer coefficients using a naphthalene sublimation technique. For the rotating duct tests, the test duct, which is the cross section of is $20mm\times40mm$ (the hydraulic diameter, $D_h$, of 26.7 mm, has two-pass with $180^{\circ}$ turning and the rectangular ribs on the wall. The rib angle of attack is $70^{\circ}$ and the maximum radius of rotation is $21.63D_h$. The partition wall has 10 mm thickness, which is 0.5 times to the channel width, and the distance between the tip of the partition wall and the outer wall of the turning region is 26.7 mm $(1D_h)$. The turning effect of duct flow makes the very complex flow structure including Dean type vortex and high turbulence, so that the heat/mass transfer increases in the turning region and at the entrance of the second pass. The Coriolis effect deflects the flow to the trailing surface, resulting in enhancement of the heat/mass transfer on the trailing surface and reduction on the leading surface in the first pass. However, the opposite phenomena are observed in the second pass. The each rib arrangement makes different secondary flow patterns. The complex heat/mass transfer characteristics are observed by the combined effects of the rib arrangements, duct rotation and flow turning.
In the present work, a 3D numerical model is proposed to study local scouring around single vertical piers with different cross-section shapes under steady-current flow. The model solves the flow field and sediment transport processes using a coupled approach. The flow field is obtained by solving the Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) equations in combination with the k-ω SST turbulence closure model and the sediment transport is considered using both bedload and suspended load models. The proposed model is validated against the empirical measurements of local scour around single vertical piers with circular, square, and diamond cross-section shapes obtained from the literature. The measurement of scour depth in equilibrium condition for the simulations reveal the differences of 4.6%, 6.7% and 13.1% from the experimental measurements for the circular, square, and diamond pier cases, respectively. The model displayed a remarkable performance in the prediction of scour around circular and square piers where horseshoe vortices (HSVs) have a leading impact on scour progression. On the other hand, the maximum deviation was found in the case of the diamond pier where HSVs are weak and have minimum impact on the formation of local scour. Overall, the results confirm that the prediction capability of the present model is almost independent of the strength of the formed HSVs and pier cross-section shapes.
Simultaneous measurement with PLIF(Planar Laser-Induced Fluorescence) and Stereo-PIV(Stereoscopic Particle Image Velocimetry) was performed to investigate the structural characteristics of flow field in Rushton Turbine Mixer. Instantaneous 3D velocity fields are measured by two 2K ${\times}$ 2K CCD cameras focused on an object plane with the angular displacement methods while the concentration fields are obtained through the measurement of the fluorescence intensity of Rhodamine B tracer excited by the second pulse of Nd:Yag laser light. Image distortion due to the camera view-angle is compensated by a mapping function. Finally, the spatial structures of turbulent mixing around Rushton turbine were identified by the calculation of cross-correlation fields between the velocity and concentration field.
An experimental study has been conducted to investigate the heat/mass transfer characteristics within a square film cooling hole with asymmetric inlet flow conditions. The asymmetric inlet flow condition is achieved by making distances between side walls of secondary flow duct and film cooling hole different; one side wall is $2D_h$ apart from the center of film cooling hole, while the other side wall is $1.5D_h$ apart from the center of film cooling hole. The heat/mass transfer experiments for this study have been performed using a naphthalene sublimation method and the flow field has been analyzed by numerical calculation using a commercial code. Swirl flow is generated at the inlet region and the heat/mass transfer pattern with the asymmetric inlet flow condition is changed significantly from that with the symmetric condition. At the exit region, the effect of mainstream on the inside hole flow is reduced with asymmetric condition. The average heat/mass transfer coefficient is higher than that with the symmetric condition due to the swirl flow generated by the asymmetric inlet condition.
세계는 지금 지구 온난화 및 화석연료의 고갈로 인해 대체 에너지 자원의 확보문제가 급속히 대두되고 있다. 이에 조류발전은 오염이 발생하지 않는 친환경 에너지원으로서, 날씨나 계절에 상관없이 항상 발전할 수 있는 신뢰성 있는 에너지이며, 높은 밀도를 가지는 작동유체가 수차에 미치는 영향 또한 크므로 지속적으로 예측이 가능한 장점을 가지고 있다. 이러한 조류에너지는 실 해역에 적용하기 위해서는 전격유효 전력이 생산 가능한 지리적 요인에 대한 고찰과 더불어 조류발전 터빈의 개념설계가 고려되어야 한다. 본 연구는 다양한 설치 공간을 형성할 수 있으며, 장, 단점이 보완될 수 있는 조류발전 터빈의 개념설계 연구 단계로서, 내부 유동 특성을 고려하여 입구를 설계하였으며, 일정한 속도로 유입되는 유량을 노즐의 장착을 통해 에너지 밀도를 높일 수 있게 된다. 이러한 개념형상 설계로 추가 작동이나, 장치의 사용 없이 양방향 발전이 가능해 진다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제35권6호
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pp.757-764
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2011
본 연구에서는 폐열회수 발전시스템에 적용가능한 100kW급 구심터빈을 대상으로 베인노즐의 출구각도 변화에 따른 구심터빈의 성능과 내부유동의 영향을 분석하였다. 이를 위해 상용코드를 이용한 3차원 CFD 해석을 수행하였다. 베인노즐 출구각이 커짐에 따라 블레이드 근처 재순환영역은 점차 작아 졌으며, 또한 단면축소효과로 인해 베인노즐 출구끝단 마하수는 1까지 관찰되었다. 본 연구를 통해 분석된 해석결과는 목표출력용 구심터빈의 최적 설계파라미터 구성을 위한 설계자료로 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
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.
The present experimental study is focused on the application of multi-point simultaneous measurement by PIV(Particle Image Velocimetry) to rotor-stator region within centrifugal turbine pump. Six different kinds of rpm(120, 500, 1000, 1500, 2000 and 2500) are selected as experimental condition. Optimized cross correlation identification to obtain velocity vectors is implemented by direct calculation of correlation coefficients. Fine optical setup deeply concerned with PIV performance is arranged for accurate PIV measurement of high-speed complex flow. The instantaneous and time-mean velocity distribution and velocity profile are represented quantitatively at the rotor and stator region.
A plate-fin type recuperator for a gas turbine/fuel cell hybrid power generation system was designed, manufactured, and tested. Performance analysis shows that the performance of the system is directly affected by the performance of the recuperator. Therefore, the recuperator should be designed and manufactured carefully, and its performance should be tested and verified before it is integrated into the system. In this paper, the developing procedure including designing, manufacturing, and testing of a cross flow plate-fin type recuperator was presented. Performance test results showed that the design requirements of the recuperator were almost satisfied. Based on the test results, improved design to reduce the size of the recuperator was suggested.
The present experimental study is focused on the application of multi-point simultaneous measurement by PIV(Particle Image Velocimetry) to rotor-stater region within centrifugal turbine pump. Six different kinds of rpm(120, 500, 1000, 1500, 2000 and 2500) are selected as experimental condition. Optimized cross correlation identification to obtain velocity vectors is implemented with direct calculation of correlation coefficients. Fine optical setup concerned with PIV performance is arranged for the accurate PIV measurement of high-speed complex flow. The instantaneous and time-mean velocity distribution and velocity profile are represented quantitatively at the rotor and stator region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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