In this study, three-dimensional viscous flow analysis and optimization are presented for the design of a mixed-flow fan. Steady, imcompressible, three-dimensional Reynolds averaged Navier-Stokes equations are used as governing equations, and standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model is chosen as a turbulence model. Governimg equations are discretized using finite volume method. Upwind difference scheme is used for the discretization of the convective term and SIMPLEC algorithm is used as a velocity-pressure correction procedure. The computational results are compared with the results obtained by TASCflow. For the numerical optimization of the design, objective function is defined as a ratio of generation of the turbulent energy to pressure head. Sweep angles are used as design variables.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.1
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pp.82-91
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1999
A numerical analysis based on the three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equation has been conducted to investigate the flow within a NASA rotor 67 transonic fan. General coordinate transformations are used to represent the complex blade geometry and an H-type grid is used. The governing equations are solved using implicit LU-SGS scheme for the time-marching integration and a standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model is used with wall functions for the turbulence modeling. The computations are compared with the experimental data and a detailed study of the flow structures near peak efficiency and near stall is presented. The calculated overall aerodynamic efficiency and three-dimensional shock system agree well with the laser anemometer data.
A computer code for solving the Reynolds averaged full Navier-Stokes equations has bent developed for analysis of gas and steam turbine cascade flows with the option of using one of two types of turbulence model. One is the Baldwin-Lomax model and the other is standard $k-{\varepsilon}$ model. The numerical integration is based on the explicit four stage Runge-Kutta scheme and finite volume method. To be verified, the resulting code is applied to VKI turbine cascade and compared with the previous experimental results. Finally, the flowfield around a steam turbine cascade is analyzed. Comparisons with experimental data show that present numerical scheme is an accurate Navier-Stokes solver and can give very good predictions for both gas and steam turbine cascade flow.
This paper presents the response surface optimization method using three-dimensional Navier-Stokes Analysis to optimize the shape of a axial flow fan. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with k-$\epsilon$ turbulence model are discretized with finite volume approximations. Regression analysis is used for generating response surface, and it is validated by ANOVA. Five geometric variables, i.e., distribution of sweep angle at mean and tip, lean angle at mean and tip, and spanwise location of mean were employed to optimize the efficiency. The computational results are compared with experiment data. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved.
In the present work, characteristics of the flow in the cage of a steam turbine bypass control valve for thermal power plant are investigated. Experimental measurement for wall static pressure has been carried out to validate numerical solutions. And, the flowfield is analyzed by solving steady three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. Shear stress transport (SST) model is used as turbulence closure. The effects of the flow area between stages of the cage on the pressure drop are also found.
Three-dimensional flow phenomena in a wire-wrapped 37-pin fuel assembly mock-up of a Japanese loop-type sodium-cooled fast reactor, Monju, were investigated with a numerical analysis using a general-purpose commercial computational fluid dynamics code, CFX. Complicated and vortical flow phenomena in the wire-wrapped 37-pin fuel assembly were captured by a Reynolds-averaged Navier-Stokes flow simulation using a shear stress transport turbulence model. The main purpose of the current study is to understand the three-dimensional complex flow phenomena in a wire-wrapped fuel assembly to support the license issue for the core design. Computational fluid dynamics results show good agreement with friction factor correlation models. The secondary flow in the corner and edge subchannels is much stronger than that in an interior subchannel. The axial velocity averaged in the corner and edge subchannels is higher than that averaged in the interior subchannels. Three-dimensional multiscale vortex structures start to be formed by an interaction between secondary flows around each wire-wrapped pin. Behavior of the large-scale vortex structures in the corner and edge subchannels is closely related to the relative position between the hexagonal duct wall and the helically wrapped wire spacer. The small-scale vortex is axially developed in the interior subchannels. Furthermore, a driving force on each wire spacer surface is closely related to the relative position between the hexagonal duct wall and the wire spacer.
Kim, Jin-Hyuk;Heo, Man-Woong;Cha, Kyung-Hun;Kim, Kwang-Yong;Tac, Se-Wyan;Cho, Yong;Hwang, Jae-Chun;Collins, Maria
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.5
no.4
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pp.174-179
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2012
A numerical study to investigate the effect of intake vortex occurrence on the performance of an axial hydraulic turbine for generating tidal power energy in Sihwa-lake tidal power plant, Korea, is performed. Numerical analysis of the flow through an sxial hydraulic turbine is carried out by solving three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes dquations with the shear stress transport turbulence model. In the real turbine operation, the vortex flows are occurred in both the side corners around the intake of an axial hydraulic turbine due to the interaction between the inflow angle of water and intake structure. To analyze these vortex phenomena and to evaluate their impacts on the turbine performance, the internal flow fields of the axial hydraulic turbines with the different inflow angles are compared with their performances. As the results of numerical analysis, the vortex flows do not directly affect the turbine performance.
In the present work, characteristics of the flow in CAGE of a steam turbine LP/HP Bypass control valve for thermal power plant are investigated. The flow field is analyzed numerically by solving steady three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. Shear stress transport (SST) model is used as turbulence closure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.12
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pp.1586-1594
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1997
Performance characteristics of a small propeller fan are numerically investigated solving the continuity and Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. The Reynolds stresses for turbulent transport are modelled using a k-.epsilon. turbulence model. The present numerical procedure is constructed using the Finite Volume Method with the SIMPLE algorithms. The performance parameters obtained from the calculations are compared with the measured values for the various flow rates. A performance test of the fan shows different characteristics between a radial type at small flow rates and an axial type at large flow rates. Comparisons between the predictions and the measurements show that the predicted results are in good agreement with the measured values and reasonably reproduce the sharp variations of the power and head coefficient around a flow coefficient .PHI.=0.3. These comparisons indicate that the present numerical method is capable of resolving the performance characteristics with reasonable accuracy. At low flow rates, it is found that the flow enters the fan in an axial direction and is discharged radially outward at the tip which happens in the centrifugal fan. The centrifugal effect makes a significant difference in the characteristics of a fan at the low and high values of flow coefficient.
In this paper, separated flow characteristics is studied using the RANS(Reynold-averaged Navier-Stokes) modeling. The analysis is performed for the NASA's hump configuration which is the combination of a flat plate and a hump. This configuration was used in NASA's flow control workshop and it was one of validation cases for RANS and LES simulations. The separation occurs at the 65% of model length where a slot is positioned for the flow control. No flow control case and steady suction case are studied using RANS modeling. The Spalart-Allmaras model and the SST(Shear Stress Transport) model are applied and their accuracy are compared. To correlate CFD analysis with experimental data, the optimal boundary condition was investigated and the effect of a cavity around the slot is studied for the no flow case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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