Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.9
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pp.1227-1233
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2010
In the hot section of a gas turbine, the turbine blades were protected from high temperature by providing a thermal barrier coating (TBC) as well as by cooling air flowing through internal passages within the blades. The cooling air then passed through discrete holes on the blade surface, creating a film of cooling air that further protects the surface from the hot mainstream flow. The holes are subjected to stresses resulting from the lateral growth of thermally grown oxide, the thermal expansion misfit between the constituent layers, and the centrifugal force due to high-speed revolution; these stresses often result in cracking. In this study, the deformation and cracks occurring near a hole on a heat-resistant alloy subjected to thermo-mechanical cycling were investigated. The experiment showed that cracks formed around the hole depending on the applied stress level and the number of cycles. These results could be explained by our analytic solution.
For the good combination of high-temperature strength, toughness and creep property, $9-12\%$ chromium steels are often used for gas turbine compressors, steam turbine rotors, blade and casing. In this study, the correlation of microstructural evolution and mechanical properties was investigated fur the specimens heat-treated at 600, 650 and $700^{\circ}C$ for 1000, 3000 and 5000 hrs. The microstructure of as-received specimen was tempered martensite with a high dislocation density, small sub-grains and fine secondary phase such as $M_23C_6$. Aging for long-time at high temperature caused the growth of martensite lath and the decrease of dislocation density resulting in the decrease in strength. However, the evolution of secondary phases had influence on hardness, yield strength and impact property. In the group A specimen aged at $600^{\circ}C\;and\;650^{\circ}C$, Laves phase was observed. The Laves phase caused the increase of the hardness and the decrease of the impact property. In addition, the abrupt growth of secondary phases caused decrease of the impact property in both A and B group specimens.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.7
s.262
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pp.628-634
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2007
The present study investigated the heat/mass transfer characteristics in an equilateral triangular channel simulating the leading edge cooling passage in gas turbine blade. Using naphthalene sublimation method and pressure measurement experiments, local mass (heat) transfer and pressure coefficients were obtained. The experiments were conducted with three rotating numbers between 0.0 and 0.1; two channel orientations of $0^{\circ}$ (model A) and $30^{\circ}$ (model B); the fixed Reynolds number of 10,000. The results showed that the channel rotation caused the heat transfer discrepancy between suction and pressure sides. Due to the secondary flow induced by Coriolis force, the high heat transfer appeared on the pressure side. When the channel orientation was $30^{\circ}$ (model B), the secondary flow caused the more uniform heat transfer distribution among leading edge and inner wall on pressure side than that of the model A.
Kim, Dae-Jin;Lee, Dong-Hoon;Koo, Jae-Mean;Song, Sung-Jin;Seok, Chang-Sung;Kim, Mun-Young
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.7
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pp.569-575
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2008
In this study, disk type of thermal barrier coating system for gas turbine blade was isothermally aged in the furnace changing exposure time and temperature. For each aging condition, bond tests for three samples were conducted for evaluating degradation of adhesive or cohesive strength of thermal barrier coating system. For as-sprayed condition, the location of fracture in the bond test was in the middle of epoxy which have bond strength of 57 MPa. As specimens are degraded by thermal aging, bond strength gradually decreased and the location of failure was also changed from within top coat at the earlier stage of thermal aging to the interface between top coat and TGO at the later stage due to the delamination in the coating.
The kidney vortex is the important factor adversely influencing film cooling effectiveness. In general, double jet film-cooling hole is designed to overcome the kidney vortex by generating anti-kidney vortices. In this study, the film cooling characteristics and the effectiveness of the double jet film cooling hole were numerically investigated with various area ratios of the first($A_1$) and second($A_2$) cooling hole($A_1/A_2$=0.8, 1.0, 1.25) and lateral ejection angle(${\alpha}$ = $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$) as the design parameters. The effects of lateral distance between the first and second row holes are investigated. Numerical study was performed by using ANSYS CFX with the shear stress transport(SST) turbulence model. The film cooling effectiveness and temperature distribution were graphically depicted with various flow and geometrical conditions.
The present study investigates the effects of rib arrangements and aspect ratios of a rectangular duct simulating the cooling passage of a gas turbine blade. Two different V-shaped rib configurations are tested with the aspect ratios (W/H) of 3 to 6.82. One is the continuous V-shaped rib configuration with $60^{\circ}$ attack angle, and the other is the discrete V-shaped rib configuration with $45^{\circ}$ attack angle. The square ribs with the pitch to height ratio of 10.0 are installed on the test section in a parallel arrangement for both rib configurations. Reynolds numbers based on the hydraulic diameter are changed from 10,000 to 30,000. A naphthalene sublimation method is used to measure local heat/mass transfer coefficients. For the continuous V-shaped rib configuration, two pairs of counter-rotating vortices are generated in a duct, and high transfer region is formed at the center of the ribbed walls of the duct. However, for the discrete V-shaped rib configuration with $45^{\circ}$ attack angle, complex secondary flow patterns are generated in the duct due to its geometric feature, and more uniform heat/mass transfer distributions are obtained for all tested cases
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.7
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pp.465-470
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2022
This paper studied the high-velocity impact behavior characteristics of metal materials by crosschecking the high-velocity impact analysis with the high-velocity impact experiment results of aluminul 6061. The coefficients of the Huh-Kang material model and the Johnson-Cook fracture model were calculated through quasi-static using MTS-810 and dynamic experimenting using the Hopkinson bar equipment for high-velocity impact analysis. The penetration velocity and shape were predicted through high-velocity impact analysis using the LS-DYNA. The resultes were compared with the experiment results using a high-velocit experiment equipment. It is intended to be used the containment evaluation research for aircraft gas turbine engine blade.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.4
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pp.67-74
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1999
Problems created by supersonic jet impinging on solid objects or ground arise in a variety of situations. For example multi-stage rocket separation, deep-space docking, V/STOL aircraft, jet-engine exhaust, gas-turbine blade, terrestrial rocket launch, and so on. These impinging jet flows generally contain a complex structures. (mixed subsonic and supersonic regions, interacting shocks and expansion waves, regions of turbulent shear layer) This paper describes experimental works on the phenomena (surface pressure distribution, flow visualization) when underexpanded supersonic jets impinge on the perpendicular, inclined plate using a supersonic cold-(low system. The used supersonic nozzle is convergent-divergent type, exit Mach number 2, The maximum on the plate when it was inclined was much larger than perpendicular plate, owing to high pressure recoveries through multiple shocks. Surface pressure distribution as to underexpanded ratio showed similar patterns together.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.12
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pp.1427-1430
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2014
A thermal barrier coating (TBC) prevents heat directly transferring from a high-temperature flame to a substrate. The TBC system comprises a top coating and bond coating. TBC technology reduces the substrate surface temperature by about $100{\sim}170^{\circ}C$. In the TBC system, internal stress is generated by the difference in thermal expansion coefficients of the substrate and coating. The internal stress also differs according to the shape and position of the blade. In this study, finite element analysis was performed for different curvatures of coin-shaped specimens, which are commonly used for thermal fatigue tests, and the changes in internal stress of the TBC system were compared. Based on the results, the curvature at which the minimum stress occurs was derived, and the thermal stress was confirmed to increase with the difference between a given curvature and the curvature with the minimum stress.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.248-250
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2017
The Mar-M-247 alloy is one of the most widely used materials for gas turbine components in aerospace filed and it shows excellent high temperature strength properties. Hot section parts, such as turbine nozzle and blade, are difficult to manufacture because of their complicated shape. So, the joining process usually applies to them. In this study, the high-temperature behavior of Mar-M-247 alloy at liquid diffusion bonding was investigated. Thus, we performed the diffusion bonding at $1,121^{\circ}C$ for 7 minutes, and observed changes in high temperature strength. As a result, the strength of the bonded specimens decreased by about 70% at $649^{\circ}C$, 60% at $825^{\circ}C$, and 45% at $1,000^{\circ}C$ compared to the base metal. As a result of observing the strength change with bonding time, the specimen bonded for 720 minutes showed a similar strength with the base metal at $649^{\circ}C$. Inferring this result, the joint is considered to be the one-body part.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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