At present, in the case of pump fast optimization, there is a problem of rapid, accurate and effective prediction of cavitation performance. In "A Cavitation Performance Prediction Method for Pumps PART1-Proposal and Feasibility" [1], a new cavitation performance prediction method is proposed, and the feasibility of this method is demonstrated in combination with experiments of a mixed flow pump. However, whether this method is applicable to vane pumps with different specific speeds and whether the prediction results of this method are accurate is still worthy of further study. Combined with the experimental results, the research evaluates the sensitivity and accuracy at different flow rates. For a certain operating condition, the method has better sensitivity to different flow rates. This is suitable for multi-parameter multi-objective optimization of pump impeller. For the test mixed flow pump, the method is more accurate when the area ratios are 13.718% and 13.826%. The cavitation vortex flow is obtained through high-speed camera, and the correlation between cavitation flow structure and cavitation performance is established to provide more scientific support for cavitation performance prediction. The method is not only suitable for cavitation performance prediction of the mixed flow pump, but also can be expanded to cavitation performance prediction of blade type hydraulic machinery, which will solve the problem of rapid prediction of hydraulic machinery cavitation performance.
This paper presents a high-efficiency design technique for developing the serialized models of a single-channel pump based on the diameter, flow rate and head as the main performance parameters. The variation in pump performance by changing of the single-channel pump geometry was predicted based on computational fluid dynamics (CFD). Numerical analysis was conducted by solving three-dimensional steady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with the shear stress transport (SST) turbulence model. The tendencies of the hydraulic performance depending on the pump geometry scale were analyzed with the fixed rotational speed. These performances were expressed and evaluated as the functionalization for designing the serialized models of a single-channel pump in this work.
As an important device in the nuclear island, the nuclear coolant pump can continuously provide power for medium circulation. The vane is one of the stationary parts in the nuclear coolant pump, which is installed between the impeller and the casing. The shape of the vane plays a significant role in the pump's overall performance and stability which are the important indicators during the safety serve process. Hence, the bionic concept is firstly applied into the design process of the vane to improve the performance of the nuclear coolant pump. Taking the scaled high-performance hydraulic model (on a scale of 1:2.5) of the coolant pump as the reference, a united bionic design approach is proposed for the unique structure of the guide vane of the nuclear coolant pump. Then, a new optimization design platform is established to output the optimal bionic vane. Finally, the comparative results and the corresponding mechanism are analyzed. The conclusions can be gotten as: (1) four parameters are introduced to configure the shape of the bionic blade, the significance of each parameter is herein demonstrated; (2) the optimal bionic vane is successfully obtained by the optimization design platform, the efficiency performance and the head performance of which can be improved by 1.6% and 1.27% respectively; (3) when compared to the original vane, the optimized bionic vane can improve the inner flow characteristics, namely, it can reduce the flow loss and decrease the pressure pulsation amplitude; (4) through the mechanism analysis, it can be found out that the bionic structure can induce the spanwise velocity and the vortices, which can reduce drag and suppress the boundary layer separation.
Cho, Gyu-Sik;Kim, Jin-Han;Yang, Soo-Seok;Lee, Dae-Sung;Mileshin, Victor I.
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.3
no.4
s.9
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pp.38-43
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2000
Recently, KARI(Korea Aerospace Research Institute, Korea) and CIAM(Central Institute of Aviation Motors, Russia) have made an effort in developing a centrifugal compressor for a small gas turbine engine as part of a collaboration program. This compressor has been designed as a sub-component for an axial-centrifugal compression system for a small turbo-shaft engine aiming adiabatic efficiency higher than 0.81. The geometrical design requirement imposes restrictions to have high inlet hub-to-tip ratio and inlet swirl flow. In this study, the compressor has been designed using the generalized experimental data established from those compressors having pressure ratio of 3.7 to 5. From this generalized empirical correlation, desirable values of design parameters could be obtained. Subsequently, quasi-3D and 3D viscous flow analyses have been performed to ensure the adopted methodology. It is expected that the centrifugal compressor provides total pressure ratio of 4.89, corrected mass flow-rate of 1.64kg/sec, and adiabatic efficiency of 0.815 with inlet hub-to-tip ratio of 0.641. These relatively high total pressure ratio and inlet hub-to-tip ratio are the main distinctive features in this design. Besides, one of the main features of this centrifugal compressor is the adoption of a double-row bladed diffuser to effectively decelerate the transonic flow leaving the impeller. The compressor has been manufactured and will be tested in the near future.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.8
no.1
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pp.46-54
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2015
Thrust-ring-pump is a kind of extreme-low specific speed centrifugal pump with special structure as numerous restrictions from thrust bearing and operation conditions of hydro-generator units. Because the oil circulatory and cooling system with thrust-ring-pump has a lot of advantages in maintenance and compactness in structure, it has widely been used in large and medium-sized hydro-generator units. Since the diameter and the speed of the thrust ring is limited by the generator set, the matching relationship between the flow passage inside the thrust ring (equivalent to impeller) and oil bath (equivalent to volute) has great influence on hydrodynamic performance of thrust-ring-pump. On another hand, the head and flow rate are varying with the operation conditions of hydro-generator units and the oil circulatory and cooling system. As so far, the empirical calculation method is employed during the actual engineering design, in order to guarantee the operating performance of the oil circulatory and cooling system with thrust-ring-pump at different conditions, a collaborative hydrodynamic design and optimization is purposed in this paper. Firstly, the head and flow rate at different conditions are decided by 1D flow numerical simulation of the oil circulatory and cooling system. Secondly, the flow passages of thrust-ring-pump are empirically designed under the restrictions of diameter and the speed of the thrust ring according to the head and flow rate from the simulation. Thirdly, the flow passage geometry matching optimization between thrust ring and oil bath is implemented by means of 3D flow simulation and performance prediction. Then, the pumps and the oil circulatory and cooling system are collaborative hydrodynamic optimized with predicted head-flow rate curve and the efficiency-flow rate curve of thrust-ring-pump. The presented methodology has been adopted by DFEM in design process of thrust-ring-pump and it shown can effectively improve the performance of whole system.
Kim, Hong-Won;Chung, Jae-Hoon;Ryu, Seung-Hyup;Lee, Geun Sik
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.18
no.2
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pp.22-28
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2015
The primary design goal of a compressor is focused on improving efficiency. Secondary objective is to widen the operating range of compressor. This paper presents a numerical and experimental investigation of the influence of the bleed slot on the operating range for the 1.2 MW class centrifugal compressor installed in a turbocharger. The main design parameters of the bleed slot casing are upstream slot position, inlet pipe slope, downstream slot position and width. The DOE(design of experiment) method was carried out to optimize the casing design. Numerical analyses were done by the commercial code ANSYS-CFX based on the three dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. Results showed that efficiency and pressure ratio increased as the downstream slot position and width were smaller and the upstream position was located away from the impeller inlet. Experimental works were also done with and without the bleed slot casing. The simulation results were in good agreement with the test data. Enhancement of both the surge margin up to 26.5% and the pressure ratio with the optimized bleed slot design were achieved, compared with the surge margin of only 6.6% without the bleed slot casing.
This study is concerned with radial turbine design and performance improvement of a turbo generator system, which is used for maximizing performance of a 250kW MCFC fuel cell system. A preliminary design of a radial turbine has been performed under the thermodynamic and fluid-dynamic conditions determined by a cycle analysis of the MCFC BOP system. Basic demensions are determined by a meanline analysis and calculation of radial variation at the exit of the turbine. The turbine impeller is designed and modified by iterative processes of three dimensional flow analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.12
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pp.1065-1072
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2014
The shape of an impeller splitter for a dual-inlet centrifugal blower was optimized to enhance the blower performance. Two design variable, the normalized chord and pitch of a splitter, were used to evaluate the blower performance and internal flow fields based on the three-dimensional flow analysis. The blower performance obtained using this numerical simulation had a maximum error of 4 percent compared to that in an experiment at the design flow condition. The shape optimization of the splitter successfully increased the blower efficiency and pressure by 3.65 and 1.14 percent compared to the reference values. The blower performance was increased by reducing the flow separation near the blade suction surface by optimizing the shape of the splitter, which produced a pressure increase at the outlet of the volute casing.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.14
no.3
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pp.141-148
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2015
The cryogenic cooling system should maintain the HTS power cable below 77 K. As the length of HTS power cables has increased, there have been many efforts to develop large capacity cryocoolers. Brayton, Joule-Thomson, and Claude refrigerators were considered for the large capacity cryocooler. Among the various cryocoolers, the Brayton refrigerator is the most competitive in terms of the HTS power cable. At present, it is thought that a 10-kW class refrigerator will be able to be used as a unit cooling system for the commercialization of HTS power cables in the near future. The Brayton refrigerator is composed of recuperative heat exchangers, a compressor, and a cryogenic turbo expander. Among the various components, the cryogenic turbo expander is the part that decreases the temperature, and it is the most significant component that is closely related with overall system efficiency. It rotates at high speed using high-pressure helium or neon gas at cryogenic temperatures. This paper describes the design of a 300-W class Brayton refrigeration cycle and the cryogenic turbo expander as a downscale model for the practical 10-kW class cycle. Flow and structural analyses are performed on the rotating impeller and nozzle to verify the efficiency and the design performance.
Seo, Heejun;Cho, Hyokjin;Park, Sungwook;Moon, Gueewon;Huh, Hwanil
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.11
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pp.1008-1015
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2015
Thermal vacuum test should be performed prior to launch to verify satellites' functionality in extremely cold/hot temperatures and vacuum conditions. A thermal vacuum chamber used to perform the thermal vacuum tests of a satellite system and its components. A cryogenic blower is a core component of the gaseous nitrogen (GN2) closed loop thermal control system for thermal vacuum chambers. A final goal of this research is development of cryogenic blower. Design requirements of a blower are 150 CFM flow rate, 0.5 bara pressure difference, hot and cold temperatures. This paper describes the performance analysis of impeller by 1D, CFD commercial software, the design of the thermal protection interface between the driving part and the fluid part. The performance of the cryogenic blower is confirmed by test at the standard air condition and is verified by on the thermal vacuum chamber at the real operating condition.
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