International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.3
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pp.160-169
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2013
Two-stage turbocharging is an important way to raise engine power density, to realize energy saving and emission reducing. At present, turbine matching of two-stage turbocharger is based on MAP of turbine. The matching method does not take the effect of turbines' interaction into consideration, assuming that flow at high pressure turbine outlet and low pressure turbine inlet is uniform. Actually, there is swirl flow at outlet of high pressure turbine, and the swirl flow will influence performance of low pressure turbine which influencing performance of engine further. Three-dimension models of turbines with two-stage turbocharger were built in this paper. Based on the turbine models, mechanism of swirl flow at high pressure turbine outlet influencing low pressure turbine performance was studied and a two-stage radial counter-rotation turbine system was raised. Mechanisms of the influence of counter-rotation turbine system acting on low-pressure turbine were studied using simulation method. The research result proved that in condition of small turbine flow rate corresponding to engine low-speed working condition, counter-rotation turbine system can effectively decrease the influence of swirl flow at high pressure turbine outlet imposing on low pressure turbine and increases efficiency of the low-pressure turbine, furthermore increases the low-speed performance of the engine.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.25-34
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2008
In this paper, three-dimensional multiblade row unsteady Navier-Stokes simulations at a hot streak temperature ratio of 2.0 have been performed to reveal the effects of rotor tip clearance on the inlet hot streak migration characteristics in low pressure stage of a Vaneless Counter-Rotating Turbine. The hot streak is circular in shape with a diameter equal to 25% of the high pressure turbine stator span. The hot streak center is located at 50% of the span and the leading edge of the high pressure turbine stator. The tip clearance size studied in this paper is 2.0mm(2.59% high pressure turbine rotor height, and 2.09% low pressure turbine rotor height). The numerical results show that the hot streak is not mixed out by the time it reaches the exit of high pressure turbine rotor. The separation of colder and hotter fluid is observed at the inlet of low pressure turbine rotor. Most of hotter fluid migrates towards the rotor pressure surface, and only little hotter fluid migrates to the rotor suction surface when it convects into the low pressure turbine rotor. And the hotter fluid migrated to the tip region of the high pressure turbine rotor impinges on the leading edge of the low pressure turbine rotor after it goes through the high pressure turbine rotor. The migration of the hotter fluid directly results in very high heat load at the leading edge of the low pressure turbine rotor. The migration characteristics of the hot streak in the low pressure turbine rotor are dominated by the combined effects of secondary flow and leakage flow at the tip clearance. The leakage flow trends to drive the hotter fluid towards the blade tip on the pressure surface and to the hub on the suction surface, even partial hotter fluid near the pressure surface is also driven to the rotor suction surface through the tip clearance. Compared with the case without rotor tip clearance, the heat load of the low pressure turbine rotor is intensified due to the effects of the leakage flow. And the numerical results also indicate that the leakage flow effect trends to increase the low pressure turbine rotor outlet temperature at the tip region.
Im, Shin Young;Lee, Jong Jun;Jeon, Young-Shin;Kim, Hyung-Taek
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.19
no.6
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pp.26-33
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2016
Combined heat and power (CHP) system is one of the power generation system which can generate both electricity and heat. Generally, mid-size and big-size CHP plant in Korea generate electricity from gas turbine and steam turbine, then supply heat from exhaust gas. Actually, CHP can supply heat using district heater which is located at low pressure turbine exit or inlet. When the district heater locates after low pressure turbine, which called back pressure type turbine, there need neither condenser nor mode change operating control logic. When the district heater locates in front of low pressure turbine or uses low pressure turbine extraction steam flow, which calls condensing type turbine, which kind of turbine requires condenser. In this case, mode change operation methods are used for generating maximum electricity or maximum heat according to demanding the seasonal electricity and heat.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.2
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pp.284-290
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2006
For the case of high head and critical low flow rate range of micro hydropower resources, it requires very low specific speed turbines which are lower than conventional impulse turbine's specific speed. In order to satisfy the request for very low specific speed turbine with high efficiency, a new positive displacement turbine is developed. The performance characteristics of the new turbine is tested and compared with a conventional impulse turbine, which is used for automatic water faucet system. The purpose of present study is to develop an high performance turbine that can be used to extract micro hydropower potential of a water supply system. The test results show that the positive displacement turbine is much more efficient than the conventional turbine and it can sustain high efficiency under the wide range of operating conditions. The pressure pulsations at the inlet and outlet of the positive displacement turbine can be considerably minimized by using simple pressure damper.
International Journal of Advanced Culture Technology
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v.3
no.2
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pp.58-66
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2015
This paper aims to compare the use of Centrifugal Turbine and Tesla Turbine in an application of Organic Rankine Cycle (ORC) Machine using Isopentane as working fluid expanding. The working fluid has boiling point below boiling water and works in low-temperature sources between $80-120^{\circ}C$ which can be produced from waste heat, solar-thermal energy and geothermal energy etc. The experiment on ORC machine reveals that the suitability of high pressure pump for working fluid has result on the efficiency of work. In addition, Thermodynamics theory on P-h diagram also presented the effect of heat sources' temperature and flow rate on any work. Thus, the study and design on ORC machine has to concern mainly on pressure pump, flow rate and optimized temperature. Result experiment and calculate ORC Machine using centrifugal Turbine efficiency better than Tesla turbine 30% but Tesla Turbine is cheaper and easily structure. Further study on the machine can be developed throughout the county due to its low cost and efficiency.
Experimental study on the flow field inside the nozzle for radial turbine was performed. At design point, the pressure is high and the Mach number is low at the pressure side of the nozzle inlet semi-vaneless space as the flow turns through the nozzle vanes. As the flow accelerates through the nozzle passage to the throat the pressure level at the pressure and suction sides becomes similar. The flow continued accelerating from the throat to the inlet of turbine wheel and the pressure field became uniform in the circumferential direction in the vaneless space. In high expansion ratio condition, strong favorable pressure gradient band region occurred just after the throat in the semi-vaneless space in the circumferential direction and the pressure became uniform in the circumferential direction after this band. In low expansion ratio condition, core flow acceleration is dominant after the throat and this non-uniform pressure field reached to the inlet of turbine wheel.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.14
no.1
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pp.15-21
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2006
Parametric cycle analysis of a dual-spool, mixed exhaust turbofan engine with turbine blade cooling were described to investigate the effect of turbine blade cooling on the engine performance such as specific thrust and thrust specific fuel consumption. Coolant of low pressure turbine triggers high engine performance loss and cooling effect loss in high pressure turbine. Therefore low pressure turbine coolant should be much more considered for effective design.
In case of low pressure steam turbine used in power plant, it was operated in wet steam and high stress condition. Therefore, it is possible that the corrosion damage of low pressure was induced by this condition. According to previous study, about 30% of total blade failure correspond to corrosion fatigue or SCC(stress corrosion cracking) in low pressure turbine. Especially, LSB(last stage bucket) of low pressure turbine has a higher hardness to prevent erosion damage due to water droplet however, generally this is more dangerous for SCC damage. Therefore, to improve reliability of turbine blade. various methods for SCC evaluation has been developed. In this study, the crack found in LSB during in-service inspection was evaluated using microstructure analysis and stress analysis. From the stress analysis, the optimum size of fillet to remove the crack was proposed. And also, the reliability was evaluated for modified LSB using GOODMAN diagram.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.1
no.1
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pp.76-85
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2008
In order to extract micro hydropower in the very low specific speed range, a Positive Displacement Turbine (PDT) was proposed and steady performance was determined experimentally. However, the suppression of large pressure pulsation is inevitable for practical application of PDT. The objective of the present study is to reveal the mechanism and the characteristics of pressure pulsation in PDT by use of CFD and to suppress the pressure pulsation. Unsteady CFD analysis has revealed that large pressure pulsation is caused by large variation of rotational speed of the following rotor, while the driving rotor, which is output rotor, keeps constant speed. Here is newly proposed a 4-lobe helical type rotor which can reduce the pressure pulsation drastically and the performance prediction of new PDT is determined.
Song, Gee Wook;Choi, Woo Sung;Kim, Wanjae;Jung, Nam Gun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.12
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pp.1153-1157
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2013
A steam turbine blade is one of the core parts in a power plant. It transforms steam energy into mechanical energy. It is installed on the rim of a rotor disk. Many failure cases have been reported at the final stage blades of a low-pressure (LP) turbine that is cyclically loaded by centrifugal force because of the repeated startups of the turbine. Therefore, to ensure the safety of an LP steam turbine blade, it is necessary to investigate the fatigue strength and life. In this study, the low cycle fatigue life of an LP steam turbine blade is evaluated based on actual damage analysis. To determine the crack initiation life of the final stage of a steam turbine, Neuber's rule is applied to elastic stresses by the finite element method to calculate the true strain amplitude. It is observed that the expected life and actual number of starts/stops of the blade were well matched.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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