In this paper, 1-D design of axial flow hydraulic turbine including runner blades, spiral casing with distributors(guide vanes and stay vane), and draft tube was conducted and then 3-D flow analysis was carried out using CFX-12.1. The results of 3 runners showed that with an increase in the number of blades, the flow rate and the power of the turbine system increased. On the other hand. the runner loss was not directly connected with the number of blades. As a result, proper blade number could be selected and more than 100kW small hydraulic turbine could be designed.
Two and three-dimensional flows around a cross-flow wind turbine are investigated by the numerical simulation. The turbine studied in this paper has cylindrical shape with many small blades along its periphery. Incompressible Navier-Stokes equation is used for this simulation. A rotating coordinate system, which rotates at the same speed of the turbine, is used in order to simplify the boundary conditions on the blades of the turbine. Additionally, a boundary fitted coordinate system is employed in order to express the shape of the blades precisely. A third order upwind scheme is chosen for the approximation of the non-linear terms. When the number of blades is about 10, the highest torque is obtained.
Shape of a multi-blades centrifugal fan is optimized by response surface method based on three-dimensional Navier-Stokes analysis. For numerical analysis, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with standard $k-{epsilon}$ turbulence model are transformed into non-orthogonal curvilinear coordinate system, and are discretized with finite volume approximations. Due to the large number of blades in this centrifugal fan, the flow inside of the fan is regarded as steady flow by introducing the impeller force models for economic calculations. Optimizations with and without constraints are carried out. Design variables, location of cur off, radius of cut off, expansion angle of scroll and width of impeller were selected to optimize the shapes of scroll and blades. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved. The correlation of efficiency with relative size of inactive zone at the exit of impeller is discussed as well as with average momentum fluxes in the scroll.
Shape of a multi-blades centrifugal fan is optimized by response surface method based on three-dimensional Navier-Stokes analysis. For numerical analysis, Reynolds-averaged Wavier-Stokes equations with standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model are transformed into non-orthogonal curvilinear coordinate system, and are discretized with finite volume approximations. Due to the large number of blades in this centrifugal fan, the flow inside of the fan is regarded as steady flow by introducing the impeller force models for economic calculations. Optimizations with and without constraints are carried out. Design variables, location of cur off, radius of cut off, expansion angle of scroll and width of impeller were selected to optimize the shapes of scroll and blades. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved. The correlation of efficiency with relative size of inactive zone at the exit of impeller is discussed as well as with average momentum fluxes in the scroll.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.1
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pp.63-75
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2017
Many axial fans have circular arc blades with constant thickness. It is still a challenging task to calculate their performance, i.e. to predict how large their pressure rise and pressure losses are. For this task a need for cascade data exists. Therefore, the designer needs a method which works quickly for design purposes. In the present contribution a design method for such cascades consisting of circular arc blades with constant thickness is described. It is based on a singularity method which is combined with a CFD-data-based flow loss model. The flow loss model uses CFD-data to predict the total pressure losses. An interpolation method for the CFD-data are applied and described in detail. Data of measurements are used to validate the CFD-data and parameter variations are conducted. The parameter variations include the variation of the camber angle, pitch chord ratio and the Reynolds number. Additionally, flow patterns of two dimensional cascades consisting of circular arc blades with constant thickness are shown.
The aim of this paper is to understand the blade number effect on vortex turbine performance in the cylindrical vortex chamber below the free water surface. Using the same blade profile, the performance of gravitational vortex turbine is tested each with 2, 3, 4, 5 and 6 blades installed at the relative vortex height (y/hv) ranging from 0.065 to 0.417. The obtained results indicate that the rotation, voltage, current and power increase in the relative vortex height of 0.065 and 0.111 when increasing the number of blades at flow velocity of less than 0.7 m/s. The average power of the 5-blade turbine is more than others. The performance of the 4-blade turbine with a 130 mm diameter installed near the orifice is higher than that of the same number of blades with a 220 mm diameter in the vortex chamber.
Sundaresan, Aakhash;Arunvinthan, S.;Pasha, A.A.;Pillai, S. Nadaraja
Wind and Structures
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v.32
no.3
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pp.205-217
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2021
Cold regions with high air density and wind speed attract wind energy producers across the globe exhibiting its potential for wind exploitation. However, exposure of wind turbine blades to such cold conditions bring about devastating impacts like aerodynamic degradation, production loss and blade failures etc. A series of wind tunnel tests were performed to investigate the effect of icing on the aerodynamic properties of wind turbine blades. A baseline clean wing configuration along with four different ice accretion geometries were considered in this study. Aerodynamic force coefficients were obtained from the surface pressure measurements made over the test model using MPS4264 Simultaneous pressure scanner. 3D printed Ice templates featuring different ice geometries based on Icing Research Tunnel data is utilized. Aerodynamic characteristics of both the clean wing configuration and Ice accreted geometries were analysed over a wide range of angles of attack (α) ranging from 0° to 24° with an increment of 3° for three different Reynolds number in the order of 105. Results show a decrease in aerodynamic characteristics of the iced aerofoil when compared against the baseline clean wing configuration. The key flow field features such as point of separation, reattachment and formation of Laminar Separation Bubble (LSB) for different icing geometries and its influence on the aerodynamic characteristics are addressed. Additionally, attempts were made to understand the influence of Reynolds number on the iced-aerofoil aerodynamics.
The purpose of this study is to design the transonic centrifugal compressor impeller with splitter blades and analyze the flow fields with respect to various splitter blades. Seven impellers with different splitter chord length or pitchwise location were tested by using CFD method. To investigate aerodynamic performance, Mach number distribution and entropy distribution were confirmed. As a result, it is found that the size of transonic region and shock wave location are related to the splitter chord length and pitchwise location. Also the impeller with long chord length of splitter shows higher total pressure ratio but lower efficiency than those of the impeller with short chord length of splitter. In terms of pitchwise location, the impeller with the splitter located in mid-pitch of main blades shows the best performance with respect to pressure ratio and efficiency.
Axial fan is used for the supplement of large amount of flows. Axial blowers show relatively high efficiency of the system. The present model of axial fan is for cooling a condenser in an air-conditioning unit that exhibits tendency toward compact size. In order to realize the compact model, the width of an axial blade should be cut down in axial distance. Main interest lies on the performance of the axial blowing system with blades having shorter chord length. One of the important design parameters for axial fan is the shape of the blades of it. Design of blades includes the cross-sectional shape and its dimension, including the chord length. We consider two types of blades; one is NACA airfoil with normal chord length and the other is with shortening chord length by $10\%$ of normal airfoil. Axial blower with the modified blades is essential for the compact model of an air-conditioner. The other design parameters are same in the two cases. Using a wind tunnel follows ASHRAE standards carries out evaluation of performance of the system. Detail of flows around the blades is prepared by velocity measurements using PIV. According to performance estimation, the axial blower with short chord blade show quite close to the performance results, including flow rate and pressure rise, of the standard one. The reason of the two similar results is that the flowpatterns depend on Reynolds number based on the chord length of a blade. In this investigation, the critical chord length is found, in which the flows near the airfoil are so unstable and the performance of the system is decreased. A series of figures is for the detail information on the flow.
Variances in turbomachinery blades caused by manufacturing, operation or regeneration can result in modified structural behavior. In this work, the scatter of geometrical and material properties of a turbine blade and its influence on structure performance is discussed. In particular, the vibration characteristics and the lifetime of a turbine blade are evaluated. Geometrical variances of the surface of the blades are described using the principal component analysis. The scatter in material properties is considered by 16 varying material parameters. Maximum vibration amplitudes and the number of load cycles the turbine blade can withstand are analyzed by finite element simulations incorporating probabilistic principles. The probabilistic simulations demonstrate that both geometrical and material variances have a significant influence on the scatter of vibration amplitude and lifetime. Dependencies are quantified and correlations between varied input parameters and the structural performance of the blade are detected.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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