Power conversion cycles (Subcritical Steam, Supercritical Steam, Open Air Brayton, Recuperated Air Brayton, Combined Cycle, Closed Brayton Supercritical CO2 (sCO2), and Stirling) are evaluated for land-based nuclear microreactors based on technical maturity, system efficiency, size, cost and maintainability, safety implications, and siting considerations. Based upon these criteria, Air Brayton systems were selected for further evaluation. A brief history of the development and applications of Brayton power systems is given, followed by a description of how these thermal-to-electrical energy conversion systems might be integrated with a nuclear microreactor. Modeling is performed for optimized cycles operating at 3 MW(e) with turbine inlet temperatures of 500 ℃, 650 ℃ and 850 ℃, corresponding to: a) sodium fast, b) molten salt or heat pipe, and c) helium or sodium thermal reactors, coupled with three types of Brayton power conversion units (PCUs): 1) simple open-cycle gas turbine, 2) recuperated open-cycle gas turbine, and 3) recuperated and intercooled open-cycle gas turbine. Aeroderivative turboshaft engines employing the simple Brayton cycle and two industrial gas turbine engines employing recuperated air Brayton cycles are also analyzed. These engines offer mature technology that can facilitate near-term deployment with a modest improvement in efficiency.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.12
no.4
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pp.63-77
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2008
This paper described the general concept of combustion instability and its mechanism in gas turbine engines. The approaching method to study this phenomenon was introduced including the up-to-date research activity in tile world. Combustion instability is one of critical problems, still now, affecting engine performance, durability and operation. In addition it is known that this problem is caused by coupling between fuel or air flow fluctuation and heat release rate in gas turbine engines, which is related with NOx reduction strategies. Therefore, in order to understand the current status of combustion instability we reviewed the combustion instability phenomenon in gas turbine engines.
Murugan, Muthuvel;Ghoshal, Anindya;Walock, Michael J.;Barnett, Blake B.;Pepi, Marc S.;Kerner, Kevin A.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.4
no.1
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pp.37-52
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2017
Gas turbines operating in dusty or sandy environment polluted with micron-sized solid particles are highly prone to blade surface erosion damage in compressor stages and molten sand attack in the hot-sections of turbine stages. Commercial/Military fixed-wing aircraft engines and helicopter engines often have to operate over sandy terrains in the middle eastern countries or in volcanic zones; on the other hand gas turbines in marine applications are subjected to salt spray, while the coal-burning industrial power generation turbines are subjected to fly-ash. The presence of solid particles in the working fluid medium has an adverse effect on the durability of these engines as well as performance. Typical turbine blade damages include blade coating wear, sand glazing, Calcia-Magnesia-Alumina-Silicate (CMAS) attack, oxidation, plugged cooling holes, all of which can cause rapid performance deterioration including loss of aircraft. The focus of this research work is to simulate particle-surface kinetic interaction on typical turbomachinery material targets using non-linear dynamic impact analysis. The objective of this research is to understand the interfacial kinetic behaviors that can provide insights into the physics of particle interactions and to enable leap ahead technologies in material choices and to develop sand-phobic thermal barrier coatings for turbine blades. This paper outlines the research efforts at the U.S Army Research Laboratory to come up with novel turbine blade multifunctional protective coatings that are sand-phobic, sand impact wear resistant, as well as have very low thermal conductivity for improved performance of future gas turbine engines. The research scope includes development of protective coatings for both nickel-based super alloys and ceramic matrix composites.
The lubrication characteristics of high-speed ball bearings at oil-starvation have been investigated empirically using the bearings employed in small industrial gas turbine engines. For the close structural simulation, experiments carried our with bearing mounting supports of real engines, such as bearing housings and oil nozzle assemblies with squeeze film dampers. Thus the results of tests can be applied to the design and the development of gas turbine engines. Testing was done by simulating the oil-starvation conditions in engines, such as stopping the oil-supply to the bearing during normal operating, starting without oil-supply at atmospheric temperature, and accelerating with oil-supply at atmospheric temperature. From this study, the relative comparison of the frictional resistance and the resistance due to the bearing cavity oil was demonstrated visually, and the resistance due to the bearing cavity oil was dominant in the resistance of bearing at high speed.
This paper compares the performance of JP-8(Jet Propellant) fuel and liquefied petroleum gas (LPG) and natural gas in the F110 GE100 jet engine. The cost of natural gas usage in gas turbine engines is lower than JP-8 and LPG. LPG cost is more than JP-8. LPG volume is bigger than JP-8 in the same flight conditions. Fuel tank should be cryogenic for using natural gas in the aircraft. Cost and weight of the cryogenic tanks are bigger. Cryogenic tanks decrease the move capability of the aircraft. The use of jet propellant (JP) is the best in available application for F110 GE 100 jet engine.
Advanced gas turbine engines employ turbine entry temperatures so high that cooling of the turbine blades is essential. The coolant flow introduces losses which need to be minimized, and therefore it is important that the minimum amount of coolant is used. This work presents the result of the one-dimensional analysis and the effect of the boundary conditions on coolant flow rate in gas turbine blades.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.13
no.9
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pp.888-894
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2001
Advanced gas turbine engines employ turbine entry temperatures so high that cooling of the turbine blades is essential. The coolant flow introduces losses which need to be minimized, and therefore it is important that the minimum amount of coolant should be used. This work presents the result of the one-dimensional analysis and the effect of the boundary conditions on coolant flow rate in gas turbine blades.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.2
no.2
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pp.42-48
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1994
Turbocharging is one of the best methods to improve the performance of diesel engines, because of its merits,-power ratio, fuel consumption and exhaust emissions. Most of them in small and medium diesel engines have adopted the pulse turbocharging method with twin entry vaneless radial turbines to maximize the energy utility of exhaust gas. This method requires the high performance of turbine under unsteady flow, and also the matching between turbine and diesel engine is most important. However, it is difficult to match properly between them. Because the steady flow data are usually used for it. Accordingly, it is necessary to catch the characteristics of turbine performance correctly over the wide range of the operation conditions under unsteady flow. In this paper, the characteristics of turbine performance under unsteady flow are represented at varying conditions, such as inlet pressure amplitude, turbine speed and frequence.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.8
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pp.791-796
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2012
Small gas turbine engines are used in aircraft as an auxiliary power unit (APU) to supply compressed air to start the main engine and for emergency electricity. When an aircraft is operating in an environment in which sand and dust is present in the ambient air, the engines as well as the APU ingest the sand and dust. This causes erosion of the engine and a degradation in its performance. The present study investigated the effect of sand and dust ingestion on small gas turbine engines. The concentration of sand and dust was $4.4{\times}10^{-5}kg$ per unit kg of air, which follows the specification in MIL-E-8593. The test was conducted for 10 h, and the engine performance before and after the test was compared. In addition, a tear-down inspection was conducted to examine the erosion patterns of sub-components such as the impeller and turbine wheel.
Kim, Daesik;Ryu, Gyong Won;Hwang, Ki Young;Min, Seong Ki
한국연소학회:학술대회논문집
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2013.06a
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pp.133-134
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2013
Gas turbine technology has steadily advanced since its inception and continues to evolve. Development is active in producing both smaller gas turbines and more powerful and efficient engines. However, it is shown that our state-of-the-art technologies for gas turbine developments remain at a basic level by comparisons with advanced technology countries. This paper shows that development process and preliminary design tools for gas turbine combustor were introduced as a first results of source technology secure researches for the gas turbine combustors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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