As the second part of the author's study, off-design behavior of the design and performance parameters in the low-solidity cascade diffuser in a centrifugal compressor is investigated. The experimental flange-to-flange compressor map serves the validity of application of the present CFD work to the detailed investigation of the low-solidity cascade diffuser. Some meanline design and performance parameters as well as three-dimensional internal secondary flow fields are studied when the flow rate is changed from deep choke to stall.
The design of low-solidity vaned diffusers and the effect on the performance of a turbocharger compressor is discussed. The effect of vane number and turning angle was investigated while maintaining a basic design with a leading edge angle of $70^{\circ}$, leading and trailing edge radius ratios of 1.1 and 1.3. All results are compared with those obtained with the standard vaneless diffuser configuration and it was shown that all designs increased and shifted the pressure ratio to reduced flowrates. Despite the low-solidity configuration none of the vane designs provided a broad operating range, and the vane leading edge angle was not main factor that system went into the surge condition. The diffuser of higher trailing edge angle improved the flow range for the compressor to operate at lower flow region.
This study investigates the effects of blade configuration and solidity of Darrieus wind turbine on the starting torque characteristics. Generally, the configuration of Darrieus wind turbine is divided into Troposkien, parabola, Catenary, Sandia, modified-parabola and straight types. A numerical analysis has been carried out using Multiple Stream Tube (MST) method to investigate the effect of blade configuration and solidity of Darrieus wind turbine on the starting torque under the initial low range of rotational speed. The simulation results show that the starting torque of Darrieus wind turbine varies considerably depending on the blade configuration. The initial starting torque was larger with Troposkien, Parabola, Catenary, and Sandia configurations than with modified parabola or straight types. The increase in solidity with increasing number of blades raised the starting torque and improved the dynamic stability during the initial operational speed of Darrieus wind turbine. Additionally, these torque results represent basic data for fluid-structure interaction (FSI) simulation of the steady-dynamic operation of the turbine.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.275-281
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2001
While basic input parameters for the performance and noise of axial fan are flow rate, pressure rise, rotating speed, and fan diameter, the geometric parameters of blade are sweep angle, solidity, and camber angle. The sweep angle does not affect fan performance much, but on fan noise significantly. Solidity and camber angle are very critical design parameters acting on the fan performance directly. The solidity and camber angle are closely related, therefore they have to be carefully determined for the low-noise and high-performance fan. In This paper, different design points are selceted and also geometric parameters are deliberately changed for the comparison of fan noise. As a result, at the same performance, the input rotational speed affects radiated noise more significantly than others. When solidity and camber angle are increased more than those by iDesignFan/sup TM/ program, more noise is experienced. The blade sweep method and blade numbers at same solidity are observed to results in different levels of performance and noise.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.3
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pp.260-270
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2010
Reducing the losses of the tip clearance flow is one of the keys in an unshrouded centrifugal compressor design and development because tip clearances are large in relation to the span of the blades and also centrifugal compressors produce a sufficiently large pressure rise in single stage. This problem is more acute for a low flow high-pressure ratio impeller design. The large tip clearance would cause flow separations, and as a result it would drop both the efficiency and surge margin. Thus a design of a high efficiency and wide operation range low flow coefficient centrifugal compressor is a great challenge. This paper describes a recent development of high efficiency and wide surge margin low flow coefficient centrifugal compressor. A viscous turbomachinery optimal design method developed by the authors for axial flow machine was further extended and used in the centrifugal compressor design. The compressor has three main parts: impeller, a low solidity diffuser and volute. The tip clearance is under a special consideration in this design to allow impeller insensitiveness to the clearance. A patented three-dimensional low solidity diffuser design method is used and applied to this design. The compressor test results demonstrated to be successful to extend the low solidity diffusers to high-pressure ratio compressor. The compressor stage performance showed the total to static efficiency of the compressor being about 85% and stability range over 35%. The test results are in good agreement with the design.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.12
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pp.1273-1283
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2011
A 3-dimensional unsteady numerical analysis has been performed to evaluate the aerodynamic characteristics of a Giromill. Generally, the structure of a Giromill is simple and therefore easy to develop. In addition, the high solidity of the Gironmill helps improve the self-starting capacity at a low tip speed ratio (TSR). However, contrary to the Darrieus wind turbine which has a TSR of 4-7, a Giromill has a low TSR of 1-3. In this study, the aerodynamic characteristics of the Giromill are investigated using computational fluid dynamics (CFD). Three straight-bladed wings are used, and the solidity of the Giromill is 0.75. In contrast to a Darrieus wind turbine having low solidity, the Giromill shows a sudden decrease in the aerodynamic performance because of the interference between the wings and an increase in the drag on the wings in the downstream direction where wind flow is significantly reduced. Consequently, the aerodynamic performance decreased at a TSR value lower than 2.4.
The present study has been conducted to design the high efficiency centrifugal compressor for a R134a turbo-chiller. The centrifugal compressor consists of an impeller with splitters, two vaneless diffusers, a low-solidity vaned diffuser and a volute. A cycle analysis program for a turbo-chiller was developed to obtain compressor design parameters and requirements. We have designed the high efficiency centrifugal compressor by applying the repeated design procedure including a meanline design, a 3D geometry generation and fluid dynamic loading calculations.
Studies of unsymmetrical blade H-Darrieus rotors at low wind speeds in terms of starting time, static torque, and power performances for different blade parameters: thickness-to-chord (t/c), camber position, and solidity are scarce. However these are required for knowing insights of rotor performances to obtain some design guidelines for the selection of these rotors. Here, an attempt is made to quantify the effects of these blade parameters on the performances of three different H-Darrieus rotors at various low wind streams. Different blade profiles, namely S815, EN0005 (both unsymmetrical), and NACA 0018 (symmetrical blade for comparison) are considered. The rotors are investigated rigorously in a centrifugal blower apparatus. Firstly the dynamic and static performances of the rotors are evaluated to determine the best performing rotor and their optimum solidity. Generalised performance equations are developed based on selected blade parameters which are validated for the unsymmetrical rotors. Further, the starting time is quantified with respect to the rotor inertia to determine the suitable range of inertia that helps the unsymmetrical blade rotor to self-start earlier than the symmetrical one. This study can work as a benchmark for the selection of optimum blade parameters while designing an unsymmetrical blade rotor at low wind speeds.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.8
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pp.693-702
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2015
This paper presents the performance characteristics of a Darrieus-type vertical-axis wind turbine (VAWT) with National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) airfoil blades. To estimate the optimum shape of the Darrieus-type wind turbine in accordance with various design parameters, we examine the aerodynamic characteristics and separated flow occurring in the vicinity of the blade, the interaction between the flow and blade, and the torque and power characteristics that are derived from it. We consider several parameters (chord length, rotor diameter, pitch angle, and helical angle) to determine the optimum shape design and characteristics of the interaction with the ambient flow. From our results, rotors with high solidity have a high power coefficient in the low tip-speed ratio (TSR) range. On the contrary, in the low TSR range, rotors with low solidity have a high power coefficient. When the pitch angle at which the airfoil is directed inward equals $-2^{\circ}$ and the helical angle equals $0^{\circ}$, the Darrieus-type VAWT generates maximum power.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.379-385
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2010
We developed a high-efficiency, wide-operating-range centrifugal blower stage to meet the demand for reduced total energy-consumption in sewage treatment plants. We improved the efficiency of the two-dimensional impeller using a shape optimization tool and one-dimensional performance prediction tool. A limit of the throat deceleration ratio was set to maintain the stall-margin of the impeller. The low solidity vaned diffuser and return channel were designed using a sensitivity analysis with orthogonal arrays and three-dimensional steady flow simulations. The low solidity diffuser was designed in order to improve the performance in the low-flow-rate region. The return channel was designed so that the total pressure loss in the return channel was minimized. Model tests of both the conventional and optimized blower stages were carried out, and the efficiency and operating range of both stages were compared. The optimized blower stage improved in stage efficiency by 3% and in operating range by 5% compared with the conventional blower stage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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