Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.6
no.2
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pp.41-46
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2007
Butterfly valves are commonly used as control valves in applications where the pressure drops required of the valves relatively low. As the shutoff valve (on/off service) or throttling valves (for flow or pressure control), the higher order and the better precision of butterfly valves are required. The it's more and more essential to know the flow characteristic around the valve. Due to the fast progress of the flow visualization and numerical technique, it becomes possible to observe the flows around a valve and to estimate the performance of a valve. Researching these results did not gave only access to understand the process of the valve flows at different valve opening angles, but also was made to determine the accuracy of the employed method. Furthermore, the results of the three-dimensional analysis can be used in the design of butterfly valve in the industry.
This study has investigated hydrodynamic of torque characteristics for disc of butterfly valve that is used in control for fire-protection water, The free-streamline theory is applied to predict hydrodynamic of torque characteristics. The torque characteristics of disc are corrected for the angles of attack of valve disc and surrounding velocity of flow by theoretical torque equation, and correction equation is added. The torque characteristics of disc are investigated for the ratio of hub thickness to the valve diameter. The result of prediction are shown to be successful as that show typical torque characteristics of butterfly valve. Since the velocity distribution around the disc is confirmed in a visualization, it is confirmed that the free-streamline theory can be used to predict the torque characteristics of disc.
For Underwater vehicles, Unwanted roll excursions are inevitable as they are caused by induced propeller torque, disturbances, and banking motion during turns. To estimate the manoeuvring performance of underwater vehicle, it is necessary to obtain the roll coefficient of body. This paper was covered estimation of roll coefficient of underwater vehicle using STAR-CCM+, commercial CFD(Computational Fluid Dynamics) code. The RANS equations for incompressible fluid flows was solved numerically by using a finite volume method. An MRF(Moving Reference Frame) Method was Also adopted for rotations of body. For the validation, the flow around a DARPA SUBOFF bare hull model was simulated and good agreement with experiments was obtained. And Pure roll coefficients were calculated and campared with the experimental data which were presented by Seoul National University. Finally, an underwater vehicle model with propeller was simulated and analyzed for estimation of roll coefficient variation caused by induced propeller torque.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.6
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pp.655-667
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2017
The results of a numerical study on the performance of a propeller operating near a free surface are presented. The numerical simulations were performed for the various advance coefficients and the submergence depths of the model propeller. The effects of the model propeller size were investigated using two different model propeller sizes for all cases. The wave pattern of the free surface and the flow structure around the propeller as well as the hydrodynamic characteristics of the propeller were investigated through simulation results. The thrust and torque fluctuated and the trajectory of the tip vortex was distorted due to the interaction with the free surface. The wave pattern of the free surface was related to the tip vortex of the propeller. The decreases in thrust and torque at the small model propeller were greater than those of the large model propeller. The reduction rate of the thrust and torque increased with the advance coefficient.
In this study, the effects of inclined shaft angle on the hydro-acoustic performance of cavitating marine propellers are investigated by a numerical method developed before and Brown's empirical formula. The cavitating blades are represented by source and vortex elements. The cavity characteristics of the blades such as cavitation form, cavity volume, cavity length etc., are computed at a given cavitation number and at a set advance coefficient. A lifting surface method is applied for these calculations. The numerical lifting surface method is validated with experimental results of DTMB 4119 model benchmark propeller. After calculation of hydrodynamic characteristics of the cavitating propeller, noise spectrum and overall sound pressure level (OASPL) are computed by Brown's equation. This empirical equation is also validated with another numerical results found in the literature. The effects of inclined shaft angle on thrust coefficient, torque coefficient, efficiency and OASPL values are examined by a parametric study. By modifying the inclination angles of propeller, the thrust, torque, efficiency and OASPL are computed and compared with each other. The influence of the inclined shaft angle on cavity patterns on the blades are also discussed.
This study was performed to investigate the effect of various propeller tunnel shapes on the propulsion performance of a fishing boat. The propeller tunnel reduces the problem resulting from the open propeller accidentally catching the waste net and cable on the sea, as well as increasing the cruising speed. For 3 different tunnel geometries, the model test is conducted in the circular water channel, and the potential based panel method was applied to analyze the hydrodynamic characteristics of propeller. Also, both results are compared with each other to represent the difference between results of the model scale test and the potential theory. It is expected that these results could be referenced in the design of the propeller tunnel in consideration of the hydrodynamic interaction between the propeller and the tunnel.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.31
no.5
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pp.614-621
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2007
The fishing boat propulsion system employing the modified stern shape and the tunnel to protect a propeller is developed to increase the cruise speed and reduce he problem resulting from the open propeller accidentally catching the waste net and able on the sea. Using 3 different tunnel types, the model test was performed in the circular water channel and the panel method based on the potential theory is applied to analyze the open water performance of the propeller. In the numerical analysis using he potential-based panel method, it calculates the hydrodynamic interaction between the propeller and the tunnel and evaluates the effect of the tunnel geometry. From the numerical and experimental results differing tunnel geometries, the propulsion efficiency is increased by the larger diameter of the inlet than the outlet of the tunnel and the smaller gap between the propeller tip and the tunnel internal surface. These results provide the information of the propeller system with the tunnel and the hydrodynamic interaction between the propeller and the tunnel.
The turbine system converts the kinetic energy of water flow to electricity by rotating the rotor in a restricted waterway between the seabed and free surface. A turbine system's immersion depth and rotation direction are significantly critical in the turbine's performance along with the shape of the rotor. This study has investigated the hydrodynamic performance of the Savonius hydrokinetic turbine (SHT) according to the immersion depth and rotation direction using computational fluid dynamics (CFD) simulations. The instantaneous torque, torque coefficient, and power coefficients are calculated for the immersion ratios Z/D ranging [0.25, 3.0] and both clockwise (CW) and counterclockwise (CCW) rotations. A flow visualization around the rotor is shown to clarify the correlation between the turbine's performance and the flow field. The CFD simulations show that the CCW rotation produces a higher power at shallow immersion, while the CW rotation performs better at deeper immersion. The immersion ratio should be greater than the minimum of Z/D=1.0 to obtain the maximum power production regardless of the rotation direction.
This study presents an experimental investigation of the effects of surface roughness on gas foil thrust bearing (GFTB) performance. A high-speed motor with the maximum speed of 80 krpm rotates a thrust runner and a pneumatic cylinder applies static loads to the test GFTB. When the motor speed increases and reaches a specific speed at which a hydrodynamic film pressure generated within the gap between the thrust runner and test GFTB is enough to support the applied static load, the thrust runner lifts off from the test GFTB and the friction mechanism changes from the boundary lubrication to the hydrodynamic lubrication. The experiment shows a series of lift-off test and load-carrying capacity test for two thrust runners with different surface roughnesses. For a constant static load of 15 N, thrust runner A with its lower surface roughness exhibits a higher start-up torque but lower lift-off torque than thrust runner B with a higher surface roughness. The load capacity test at a rotor speed of 60 krpm reveals that runner A results in a higher maximum load capacity than runner B. Runner A also shows a lower drag torque, friction coefficient, and bearing temperature than runner B at constant static loads. The results imply that maintaining a consistent surface roughness for a thrust runner may improve its static GFTB performance.
A tidal current turbine is designed and analyzed numerically by using blade element momentum theory. The rated power has a limitation because the diameter of the tidal current turbine cannot exceed the depth of sea water. This study investigates a horizontal axis tidal-current turbine with a rated power of 500 kW. NACA-6 series laminar foil shape is used for basic airfoil along the blade span. The distributions of chord length and twist angle along the blade span are obtained from the hydrodynamic optimization procedure. Prandtl's tip loss correction and angle of attack correction considering the three-dimensional effect are applied for this study. The power coefficient curve shows maximum peak at the rated tip speed ratio of 6.0, and the maximum torque coefficient is developed at the tip speed ratio of 4. The drag coefficient reaches about 0.85 at the design tip speed ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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