Park, Young-Ha;Choi, Hyoung-Jun;Kim, Chae-Sil;Cho, Soo-Yong
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.10
no.2
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pp.16-25
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2011
A Turbo-impeller is widely used in industries as well as in aero engines. Its design technology has been developed since the early 20th century. However, the final configuration of the impeller depends on the designers. In this study, a whole design process was introduced and an optimization method to design an impeller was studied in order to design a better impeller without influence by designers. In particular, as the Artificial Neural Network was applied to the optimization, the computational time for the optimization was equivalent to the time consumed by the gradient method and its result was guaranteed as the optimum in the whole design domain. Using this method, any impeller can be improved by selecting design variables after measuring profiles of the impeller.
An aerodynamic design technique of a centrifugal impeller is developed. The design procedure consists of a preliminary design, a three-dimensional blade surface generation, a flow analysis of impeller passage and a compatibility analysis for the designed impeller. To get a higher efficiency, the backswept impeller which has a lean angle and a parabolic blade surface is designed. In the present analysis of flow in an impeller, an inviscid quasi-three-dimensional method and a viscous three-dimensional method are used. Compatibility of the designed impeller is decided with the results of the analyses. The quasi-three-dimensional method is easy to use, but limited to a few conditions in real application for the prediction of the actual flow in the impeller. Since the viscous three-dimensional method proved to predict the real flow in the impeller relatively well, it can be used as a means for the decision of compatibility of the designed impeller.
In this study, optimization of the impeller and design of volute were carried out in order to improve the performance of a centrifugal pump. Design parameters from vane plane development for impeller design were selected, and effect of the design parameters on the performance of the pump was analyzed by using Response Surface Methodology(RSM) to optimized impeller. In addition, total pump design method was suggested by designing volute which was suitable for the optimized impeller through volute design where Stepanoff theory was applied and numerical analysis.
The impeller and vane diffuser for the mixed flow pump(NS550) was designed by using meridional selection program and inverse design method. We decided the meridional shape of the impeller from the meridional design parameter, such as the specific speed and maximum diameter at the impeller exit. The meridional shape of vane diffuser was set from the impeller shape, distribution of cross sectional area and maximum diffuser diameter. The angle of impeller blade and diffuser vane was designed by using inverse design method. The predicted overall performance by using commercial CFD code(ANSYS CFX-11) shown good agreement with design goals.
The flow at the impeller exit is important to validate engineering design and numerical analysis of pumps. However, it is not easy to measure the flow at the impeller exit and evaluate the impeller performance since there is usually strong interaction between the impeller and the volute casing. We installed axisymmetric collector instead of the volute casing, so there is no interaction between the impeller and casing. A 3-hole Cobra probe is used to investigate the flow at impeller exit and vaneless diffuser region for design and on design flow rate. For a single suction centrifugal pump of low specific speed, the flow field such as velocity, flow angle, and total pressure are measured by traversing the probe across the vaneless diffuser. These data can be used for performance prediction, desist and numerical analysis of pumps.
A kind of modified epoxy resin sheet molding compounds of the impeller has been designed. Through the test, the non-metal impeller has a better environmental aging performance, but must do the waterproof processing design. In order to improve the stability of the impeller vibration design, the influence of uncertainty factors is considered, and a multi-objective robust optimization method is proposed to reduce the weight of the impeller. Firstly, based on the fluid-structure interaction, the analysis model of the impeller vibration is constructed. Secondly, the optimal approximate model of the impeller is constructed by using the Latin hypercube and radial basis function, and the fitting and optimization accuracy of the approximate model is improved by increasing the sample points. Finally, the micro multi-objective genetic algorithm is applied to the robust optimization of approximate model, and the Monte Carlo simulation and Sobol sampling techniques are used for reliability analysis. By comparing the results of the deterministic, different sigma levels and different materials, the multi-objective optimization of the SMC molding impeller can meet the requirements of engineering stability and lightweight. And the effectiveness of the proposed multi-objective robust optimization method is verified by the error analysis. After the SMC molding and the robust optimization of the impeller, the optimized rate reached 42.5%, which greatly improved the economic benefit, and greatly reduce the vibration of the ventilation system.
The objective of this study was to investigate the influence of the blade shape on the impeller performance, for design optimizing of the high airflow impeller. First, the quantity, angle, and length of blades, which are considered to have a large influence on the impeller performance, were selected as design variables. Then, 27 cases of impeller shapes were selected according to the design of experiment (DOE). To predict the conduct of the blower based on the selected impeller shape, flow analysis was performed using the immersed solid method of ANSYS CFX. In the CFD results, the highest airflow was expected in the impeller having a combination of 50 EA, $6^{\circ}$ and 5 mm. Finally, a blower with the original impeller shape and the optimized impeller shape was fabricated using a 3D printer, and the analysis tendency and experimental tendency were verified through experiments.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.1
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pp.29-38
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2010
This paper presents a procedure for the design optimization of a centrifugal compressor. The centrifugal compressor consists of a centrifugal impeller, vaneless diffuser and volute. And, optimization techniques based on the radial basis neural network method are used to optimize the impeller of a centrifugal compressor. The Latin-hypercube sampling of design-of-experiments is used to generate the thirty design points within design spaces. Three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with the shear stress transport turbulence model are discretized by using finite volume approximations and solved on hexahedral grids to evaluate the objective function of the total-to-total pressure ratio. Four variables defining the impeller hub and shroud contours are selected as design variables in this optimization. The results of optimization show that the total-to-total pressure ratio of the optimized shape at the design flow coefficient is enhanced by 2.46% and the total-to-total pressure ratios at the off-design points are also improved significantly by the design optimization.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.10
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pp.939-944
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2004
The numerical methods including the performance analysis and the noise prediction of the centrifugal compressor impeller are coupled with the optimization design skill, which consists of response surface method, statistical approach, and genetic algorithm. The flow-field Inside of a centrifugal compressor is obtained numerically by solving Wavier-Stokes equations. and then the propagating noise is estimated from the distributed surface pressure by using Ffowcs Williams-Hawkings formulation. The quadratic response surface model with D-optimal 3-level factorial experimental design points is constructed to optimize the impeller geometry for the advanced centrifugal compressor. The statistical analysis shows that the quadratic model exhibits a reasonable fitting quality resulting in the impeller blade design with high performance and low far-field noise level. The influences of selected design variables, objective functions, and constraints on the impeller performance and the impeller noise are also examined as a result of the optimization process.
Cho, Hyung-Hee;Choi, Hang-Cheol;Kim, Kwang-Ho;Chung, Jin Taek
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2004.12a
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pp.405-410
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2004
2-dimensional impeller's distinctive feature is expected to have an influence on performance and flow characteristics of centrifugal compressor. And new design method is required for 2-dimensional impeller, because the unique geometry cannot be designed using conventional theories. The objective of this study is to advance new design technology for 2-dimensional impeller and to investigate the performance characteristics of designed 2-dimensional centrifugal compressor. The performance test for 2-dimensional impeller is conducted at 35000, 40000 and 45000rpm. Also numerical calculation is applied by using commercial CFD code, FLUENT, and the results are compared with experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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