The hydraulic performance analysis of an entire pump system composed of inducer, impeller, volute and seal for the application of turbopumps is numerically performed using three-dimensional Navier-Stokes equations. A quasi-steady mixing-plane method is used on the impeller/volute interface to simulate the unsteady interaction phenomena. From this work, the effects of each component on the pump performance are investigated at design and off-design conditions through the analysis of flow structures and loss mechanisms. The computational results are in a good agreement with experimental ones in terms of the headrise and efficiency even though very complex flow structures are present. It is found that the asymmetric pressure distribution along the volute wall constitutes the main reason of the difference between experimental and computational results, due to the limitation of the quasi-steady method. Since the volute was found to be over-designed by the pressure distribution of the volute wall, re-design of the volute has been performed, resulting in an improved performance characteristic.
The performance prediction of an airfoil fan using a commerical code, STAR/CD, is verified by comparing the calculated results with measured performance data and velocity fields of an airfoil fan. The effects of inlet tip clearance on performance are investigated. The calculations overestimate the pressure rise performance by about 10-25 percent. However, the performance reduction due to tip clearance is well predicted by numerical simulations. Main source of performance decrease is not only the slip factor but also impeller efficiency. The reduction in performance is 12-16 percent for 1 percent gap of the diameter. The calculated reductions in impeller efficiency and slip factor are also linearly proportional to the gap size. The span-wise distributions of phase averaged velocity and pressure at the impeller exit are strongly influenced by the radial gap size. The radial component of velocity and the flow angle increase over the passsage as the gap increases. The slip factor decreases and the loss increases with the gap size. The high velocity of leakage jet affects the impeller inlet and passage flows. With a larger clearance, the main stream moves to the impeller hub side and high loss region extends from the shroud to the hub.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.439-448
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2009
Three inducers were designed to avoid cavitation instabilities. This was accomplished by avoiding the interaction of tip cavity with the leading edge of the next blade. The first one was designed with extremely larger leading edge sweep, the second and third ones were designed with smaller incidence angle by reducing the inlet blade angle or increasing the design flow rate, respectively. The inducer with larger design flow rate has larger outlet blade angle to obtain sufficient pressure rise. The inducer with larger sweep could suppress the cavitation instabilities in higher flow rates more than 95% of design flow coefficient, owing to weaker tip leakage vortex cavity with stronger disturbance by backflow vortices. The inducer with larger outlet blade angle could avoid the cavitation instabilities at higher flow rates, owing to the extension of the tip cavity along the suction surface of the blade. The inducer with smaller inlet blade angle could avoid the cavitation instabilities at higher flow rates, owing to the occurrence of the cavity first in the blade passage and its extension upstream. The cavity shape and suction performance were reasonably simulated by three dimensional CFD computations under the steady cavitating condition, except for the backflow vortex cavity. The difference in the growth of cavity for each inducer is explained from the difference of the pressure distribution on the suction side of the blades.
Design of velocity-compounded turbine for 75ton class LRE turbopump application and pressure compounded turbine for 30ton class LRE turbopump has been performed. 1D calculation and CFD analysis were conducted in determining blade and flow passage shape of velocity compounded turbine iteratively. Finally, 23.1% improved specific power and 5% reduced weight turbine to the original design was developed. In case of pressure-compounded supersonic turbine design, rotational speed was increased by 50% and the effect of carryover ratio, 2nd nozzle installation angle, leakage flow of 2nd nozzle, and work sharing factor was studied. Final 1D design resulted 36% increased specific power and 51% reduced weight comparing to the original single-row impulse turbine. It is anticipated that nozzle flow path design will be very important for the accomplishment of expected performance of pressure-compounded turbine and nozzle shape optimization will be conducted through the CFD analysis.
Park, K.Y.;Song, K.D.;Choi, Y.K.;Shin, Y.J.;Song, W.P.;Kang, J.H.
Proceedings of the KIEE Conference
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1994.07b
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pp.1559-1561
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1994
At present, the principle of puffer action in high current interruption is adopted in almost of the EHV(Extra High Voltage) and UHV(Ultra High Voltage) GCB(Gas Circuit Breakers). The thermal interruption capability of these GCBs critically depends on the pressure rise in the puffer cylinder at current zero. The pressure rise in the puffer cylinder depends on the puffer cylinder volume, flow passage and leakage area in the interrupter, stroke curve etc. Recently commercial CFD(Computational Fluid Dynamics ) packages have been widely adopted to calculate the pressure distribution in the interrupter. However, there are still several problems with it, e.g. very expensive price, moving boundary problem, computation time, difficulty in using the package etc. Thus, the calculation of the puffer cylinder pressure in simple and relatively correct method is essential in early stage of GCB design. In these paper, the model ing technique and computed results for EHV class GCB (HICO, 145kV 40kA and 362kV 40kA GCB) are presented and compared with available measured results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.6
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pp.357-363
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2016
In this study, we perform a series of aero-thermo-mechanical analyses to predict the running-tip clearance and the effects of impeller deformation on the performance using a centrifugal compressor. During operation, the impeller deformation due to a combination of the centrifugal force, aerodynamic pressure and the thermal load results in a non-uniform tip clearance profile. For the prediction, we employ the one-way fluid-structure interaction (FSI) method using CFX 14.5 and ANSYS. The predicted running tip clearance shows a non-uniform profile over the entire flow passage. In particular, a significant reduction of the tip clearance height occurred at the leading and trailing edges of the impeller. Because of the reduction of the tip clearance, the tip leakage flow decreased by 19.4%. In addition, the polytrophic efficiency under operating conditions increased by 0.72%. These findings confirm that the prediction of the running tip clearance and its impact on compressor performance is an important area that requires further investigation.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.18
no.1
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pp.33-41
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2014
In a supersonic turbine, A rotor overlap technique reduced the chance of chocking in the rotor passage, and made the design pressure ratio satisfied. However, the technique also made additional losses, like a pumping loss, expansion loss, etc. Therefore, an approximate optimization technique was appled to find the optimal shape of overlap which maximizes the improvement of the turbine performance. The design variables were shape factors of a rotor overlap. An optimal design for rotor overlap reduces leakage mass flow rate at tip clearance by about 50% and increases about 4% of total-static efficiency compared with the base model. It was found that the most effective design variable is the tip overlap and that the hub overlap size is the lowest.
Histamine, 0.5 mg as histamine base in 4 ml of normal saline solution, was injected into rabbits anesthetized with nembutal and the mean blood pressure was kept in the range of $52{\sim}80\;mmHg$ for over one hour by supplemental additions. Following the injection of the test substances, 300 mg of urea and 200 mg of antipyrine intravenously, serial blood samples were obtained from the femoral artery and the internal jugular vein at $0.5{\sim}3$ minutes interval. The decreasing patterns in the concentrations of arterial and venous blood plasma samples were compared with each other. The ratio of the concentration of brain tissue to that of the final arterial plasma was also studied. By these measures the degrees of penetration of the test substances in the brain in the control and in the histamine treated rabbits were observed. The concentrations of antipyrine and urea in the arterial blood plasma were decreasing exponentially with respect to the time elapsed. The venous concentrations were anticipated to increase initially and to cross the arterial concentration curve in the point of equlibrium between the plasma and the tissue. On the contrary to the expectation venous concentration also revealed the decreasing tendency similar to that of arterial plasma. The similarity between these two curves, arterial and venous, would be atributable to the fact that the cerebral blood flow rate was large enough and the rising phase in the venous concentration curve was instantly over before serial blood samples were taken. Inspite of some similarity in the decreasing tedency in both concentration curves there were appreciable discrepancies between the arterial and venous plasma which would reflect the situation far from the equlibria among several compartments in the brain. Changes in plasma potassium levels caused by the injection of histamine or bleeding were observed, too. Using 8 rabbits as the control and 12 rabbits for the histamine treated group following results were obtained: 1. Both of the concentration curves, arterial and venous, declined rapidly at_first and slowly later on and approached same equilibrium concentration with the passage of time after a single injection. The time at which attained the same concentration was $2.0{\pm}0.54\;min.$ in the control and $4.3{\pm}1.92\;min.$ in the histamine treated group with respect to antipyrine. On the other hand in the case of urea they were $2.4{\pm}0.59\;min.$ in the control and $4.4{\pm}1.31\;min.$ in the histamine group, respectively. In the histamine treated group enlarged spaces for distribution of test substances were postulated. 2. The concentration of antipyrine in the brain tissue water revealed no significant differences between the control and experimental groups, showing $212{\pm}40.2\;mg/l$ in the control and $206{\pm}64.1\;mg/l$ in the histamine treated group. On the other hand urea revealed higher value in the histamine treated group than in the control, showing an enhanced penetration of urea into the tissue after injection of histamine. Urea concentration in the brain water was $32.3{\pm}3.36\;mg%$ in the control and $39.2{\pm}4.25\;mg%$ in the histamine treated group. 3. The distribution ratio of antipyrine in the brain tissue was very close to unity in the histamine treated animals as well as in the control. 4. The average of the distribution ratio of urea in the control animals was 0.77 and it showed the presence of blood-brain barrier with regard to urea. However in the histamine treated animals the distribution ratios climbed up to 0.86 and they were closer to unity than in the control animals. Out of 12 cases 5 were greater than 0.9 and 8 exceeded 0.85. It appeared that histamine enhanced the penetration of urea through the barrier. 5. Histamine injection and or hemorrhage caused an elevation of the concentration of potassium in plasma. In the event that histamine and hemorrhage were applied together the elevation of potassium exceed the elevation seen at the histamine alone. There was no evidence that the leakage of potassium from the brain tissue was dominant in comparison with the general leakage from the whole body.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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