Flow patterns were measured in an unshrouded centrifugal impeller. The flow rate in measurements was fixed at the value corresponding to a nearly zero incidence at the blade inlet. By using a single slanted hot-wire probe and a Kiel probe mounted on the impeller hub disk, the 3-D relative velocities and the rotary stagnation pressures were measured in seven circumferential planes from the inlet to the outlet of the impeller rotating at 700rpm, which diameter is 0.39 meter, and the static pressures and the slip factor at the impeller outlet were calculated from the measured values. From the measured data, the primary/secondary flows, the leakage flows, the wake-jet flows, static pressure distribution on blade surfaces and the wake production mechanism in the impeller passage were investigated.
The flow characteristics in the blade passage of a low speed axial flow fan have been investigated by experimental analysis using a rotating hot-wire sensor for design and off-design operating conditions. The results show that the tip leakage vortex is moved upstream when flow rate is decreased, thus disturbing the formation of wake flow near the rotor tip. The tip leakage vortex interfaces with blade pressure surface, and results in high velocity fluctuation near the pressure surface. From the relative velocity distributions near the rotor tip, large axial velocity decay is observed at near stall condition, which results in large blockage compared to that at the design condition. Througout the flow measurements using a quasi-orthogonal measuring points to the tip leakage vortex, it is noted that the radial position of the tip leakage vortex is distributed between 94 and 96 percent span for all flow conditions. High spectrum density due to the large fluctuation of the tip leakage vortex is observed near the blade suction surface below the frequency of 1000 Hz at near stall condition.
The effects of flow interaction between mainstream and shrouded cavity leakage flow in an axial-flow compressor on aerodynamic losses are experimentally and numerically examined. A fraction of mainstream is Ingested in the downstream cavity and travelled in the shrouded cavity along the direction opposite to the mainstream. This leakage flow is caused by adverse pressure gradient along the blade passage. Then it is entrained through the upstream cavity near mid-pitch and interacts with the mainstream. As a result, the convection flow angle with respect to the blade chord is reduced i.e. underturning This underturned flow results in an increase in size of secondary flow formed near the suction side of the blade as well as its magnitude. Consequently, this causes pronounced increase in overall aerodynamic losses compared to the blading without shrouded cavity, leading to $9\%$ decrease in pressure rise through the single stage of the stators.
Numerical analysis of three-dimensional viscous flow-fields in the turbine rotor passages was carried out to investigate flow physics including the interaction between secondary vortices, tip leakage vortex, and the rotor wake. The blade tip geometry was accurately modeled adopting the embedded H grid system. An explicit four-stage Runge-Kutta scheme was used for the time integration of both the mean flow and turbulence equations. The computational results for the entire turbine rotor flows, particularly the tip clearance flow and the secondary flows, were interpreted and compared with the experimental data from the Penn State turbine stage. The predictions for major features of the flow field have been found to be in good agreement with the experimental data.
Numerical analysis of three-dimensional viscous flow-fields in the turbine rotor passages is carried out to investigate flow physics including the interaction between secondary vortices, tip leakage vortex, and the rotor wake. The blade tip geometry is accurately modeled adopting the embedded H grid topology. An explicit four-stage Runge-Kutta scheme is used for the time integration of both the mean flow and turbulence equations. The computational results for the entire turbine rotor flows, particularly the tip clearance flow and the secondary flows, are interpreted and compared with the experimental data from the Penn State turbine stage. Good agreement between the experimental data and the numerical prediction was achieved in the sense of the major features of the flow fields.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제38권10호
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pp.1225-1231
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2014
This paper presents the performance characteristic of a Francis hydro turbine with an inline casing. This turbine is designed for city water supply system. Due to large changes in ground elevation with high points and low points, some systems may experience larger-than-normal required pressures in areas with low ground elevations. One way to dissipate these excess pressures is by the use of an inline-turbine instead of an inline-pressure reducing valve. For best applicability and minimal space consumption, the turbine is designed with an inline casing instead of the common spiral casing. As a characteristic of inline casing, the flow accesses to the runner in the radial direction, showing a low efficiency. The installation of vanes improves the internal flow and gives the positive encouragement to the output power. For the power transmission to the outside of the turbine casing from the runner axis, a belt passage is designed in the inline casing, as its influence, the region after the belt passage shows a relatively low output power. The clearance gap in the runner side space is considered, in which a small volume of flow is contracted into the clearance gap, forming the leakage flow. The leakage flow leads to a decrease in the efficiency.
To research on change of blade row flow field with tip clearance caused by upstream periodic wake, an apparatus that generate periodic wake through traversing cylinders were installed. Then how movement of upstream wake affect cascade flow and tip leakage flow were measured. Cylinder was installed in front of 50% of chord length, and traversing velocity was calculated at approximately 11.7m/s regarding inlet velocity and chord length. To measure three-dimensional velocity of flow inside blade row, single slanted hot-wire was used. From the results, when the periodic wake is inserted, the flow inside of cascade is dominantly affected by vortex that is generated from cylinder. This periodic wake affects passage vortex and tip leakage vortex.
The flow characteristics in the blade passage and in the wake region of a low speed axial flow fan have been investigated by experimental analysis using a rotating hot-wire sensor for design and off-design operating conditions. The results show that the tip leakage vortex is moved upstream when flow rate is decreased, thus disturbing the formation of wake flow near the rotor tip. The tip leakage vortex interfaces with blade pressure surface, and results in high velocity fluctuation near the pressure surface. From axial velocity distributions downstream of the fan rotor, large axial velocity decay near the rotor tip is observed at near stall condition, which results in large blockage compared to that at the design condition. Although the wake flow downstream of the rotor blade is clearly measured at all operating conditions, the trough of the high velocity fluctuation due to Karmann vortex street in the wake flow is mainly observed at a higher flow condition than the design flow rate.
Flows were measured in an unshrouded centrifugal impeller. By using a single slanted hot-wire probe and a Kiel probe mounted on the impeller hub disk, the 3-D relative velocities and the rotary stagnation pressures were measured in seven circumferential planes between the inlet and outlet of the impeller rotating at 700 rpm, which diameter is 0.39 meter, and the static pressures and the slip factor at the impeller outlet were estimated from the measured values. Measurements were made for three flow rates corresponding to zero incidence and two others with the greater and the smaller one than zero. From the measured data in these flow rates, the followings were investigated in the impeller passage, the variation of the primary and secondary flows, the leakage flows, the wake's position and its size, the static pressure rise and the loss production mechanism. Furthermore the static pressure and the slip factor were compared with the results of inviscid Quasi-3D calculation.
There are many difficulties in realizing Ultra-micro gas turbine system. Among them, the effects of tip clearance upon the micro turbine flowfield are discussed in this paper. The flowfield was investigated numerically with the Reynolds-averaged three-dimensional thin-layer Navier-Stokes equations. Calculations were conducted with clearance height from 0% to 10% of the passage height. Leakage mass flow and deterioration of efficiency are proportional to the clearance height for the clearance height larger than 4%. However, in the case of 2% clearance, leakage flow is significantly reduced due to relative motion of the casing and as a result deterioration of efficiency is very small. It is difficult to control tip clearance in micro turbines, but the results of this study indicate that if the clearance height is controlled within a few per-cent of passage height, deterioration of stage performance will be small.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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