The aerodynamic performance of the pantograph of the next generation high sped train is analyzed. The calculation of the flow around pantograph is carried cut by FLUENT; by the steady state flow calculation with ${\kappa}-{\omega}$ SST turbulence model, the lift force of the pantograph is computed. For the verification of the numerical schemes am grid systems, flow calculations are performed with the pantograph shape which was used at the experiments performed at Railway Technical Research Institute (RTRI) in Japan. Then, the difference of lift force between numerical am experimental results is about 10%. Therefore, selected numerical schemes and the current grid system is adequate for the analysis am prediction of the aerodynamic performance of panthograph system. Based on these numerical schemes am grid system, the flow around pantograph of the next generation high sped train is calculated and the lift force of the pantograph is predicted; the lift force of the pantograph is about 146N.
In the present study, the effects of contaminant accumulation and surface roughness on the aerodynamic performance of wind turbine blade sections were numerically investigated by using a flow solver based on unstructured meshes. The turbulent flow over the rough surface was modeled by a modified ${\kappa}-{\omega}$ SST turbulence model. The calculations were made for the NREL S809 airfoil with varying contaminant sizes and positions at several angles of attack. It was found that as the contaminant size increases, the degradation of the airfoil performance becomes more significant, and this trend is further amplified near the stall condition. When the contaminant is located at the upper surface near the leading edge, the loss in the aerodynamic performance of the blade section becomes more critical. It was also found that the surface roughness leads to a significant reduction of lift, in addition to increased drag.
The development of lifting pumps that lift minerals to a mining vessel are one of the vital parts of the commercial mining process. The purpose of this study is to investigate internal flow and its effect on the performance of a mixed flow pump in order to improve the pump's performance. Numerical analysis was performed by commercial code of ANSYS CFX-11 based on flow rate and length of flexible hose. The rated rotational speed of the impeller is 1750rpm. For taking into account the turbulence, k-$\omega$ SST model was selected to guarantee more accurate prediction of flow separation. The simulated results are in good agreement with the experimental results and showed that its efficiency and the head of the pump are related mainly to the flow rate and the length of flexible hose. A lesser flow rate caused more secondary flow through the guide vane passage. The length of flexible hose and flow rate exert much more influence on the pump's performance than the shape of the flexible hose.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제7권3호
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pp.86-93
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2014
This paper describes performance enhancement of a regenerative blower used for a 20 kW fuel cell system. Two design variables, bending angle of an impeller and blade thickness of an impeller tip, which are used to define an impeller shape, are introduced to enhance the blower performance. Internal flow of the regenerative blower has been analyzed with three-dimensional Navier-Stokes equations to obtain the blower performance. General analysis code, CFX, is introduced in the present work. SST turbulence model is employed to estimate the eddy viscosity. Throughout the numerical analysis, it is found that the thickness of impeller tip is effective to increase the blower efficiency in the present blower. Pressure is successfully increased up to 2.8% compared to the reference blower at the design flow condition. And efficiency is also enhanced up to 2.98 % compared to the reference one. It is noted that low velocity region disturbs to make strong recirculation flow inside the blade passages, thus increases local pressure loss. Detailed flow field inside the regenerative blower is also analyzed and compared.
Experimental and numerical studies on the unsteady wake field behind a square cylinder near a wall were conducted to find out how the vortex shedding mechanism is correlated with gap flow. The computations were performed by solving unsteady 2-D Incompressible Reynolds Averaged Navier-Stokes equations with a newly developed ${\epsilon}-SST$ turbulence model for more accurate prediction of large separated flows. Through spectral analysis and the smoke wire flow visualization, it was discovered that velocity profiles in a gap region have strong influences on the formation of vortex shedding behind a square cylinder near a wall. From these results, Strouhal number distributions could be found, where the transition region of the Strouhal number was at $G/D=0.5{\sim}0.7$ above the critical gap height. The primary and minor shedding frequencies measured in this region were affected by the interaction between the upper and the lower separated shear layer, and minor shedding frequency was due to the separation bubble on the wall. It was also observed that the position (y/G) and the magnitude of maximum average velocity $(u/u_{\infty})$ in the gap region affect the regular vortex shedding as the gap height increases.
The influence of wake flow on a flat-plate blade having different shapes near the hailing edge has been investigated in this paper. Two different shapes near the trailing edge namely the pressure surface cutting (TP) and the suction surface cutting (TS) have been used. The calculation has been performed for two different angles of attack (a =10 and 15 degree) in both the cases. RANS equations have been solved using SST-model as a turbulence closure. Cp and CL values obtained for TS are higher compared to those obtained for TP. Also, the vorticity distribution obtained in case of TS is stronger as compared to that obtained in the case of TP The Karmann Vortex is observed in both the cases but it is more clear in TS case. It is found that in the case of TS, flow separation does not occur upto the trailing edge on both the suction and the pressure sides of the blade while in the case of TP, the flow separateson the pressure surface near the trailing edge of the flat-plate blade.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권2호
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pp.835-850
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2019
The numerical simulations for the Vortex-induced Vibration (VIV) of the cylinders with different combinations of mass ratio and frequency ratio were performed under the Reynolds (Re) number ranges of 1450-10200, 5800-40800 and 13050-91800 by using the embedded programs in OpenFoam. By combining with the modified SST k-ω turbulence model, the coupled Unsteady Reynolds-Average Navier-Stokes equations and double-degree-of-freedom vibration equations were solved. After analyzing the results, it is found that the some characteristics of the VIV have changed with the increase of the range of Re number, and the effects of Re number on vibration characteristics are also different under different combinations of mass ratio and frequency ratio. On this basis, the influence law of Re number on the characteristics of VIV of the cylinders is summarized, which can provide a reference for the research of VIV under higher Re number.
Zamani, Mahdi;Maghrebi, Mohammad Javad;Moshizi, Sajad A.
Wind and Structures
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제22권5호
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pp.595-616
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2016
Providing high starting torque and efficiency simultaneously is a significant challenge for vertical axis wind turbines (VAWTs). In this paper, a new approach is studied in order to modify VAWTs performance and cogging torque. In this approach, J-shaped profiles are exploited in the structure of blades by means of eliminating the pressure side of airfoil from the maximum thickness toward the trailing edge. This new profile is a new type of VAWT airfoil using the lift and drag forces, thereby yielding a better performance at low TSRs. To simulate the fluid flow of the VAWT along with J-shaped profiles originated from NACA0018 and NACA0030, a two-dimensional computational analysis is conducted. The Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are closed using the two-equation Shear Stress Transport (SST) turbulence model. The main objective of the study is to investigate the effects of J-shaped straight blade thickness on the performance characteristics of VAWT. The results obtained indicate that opting for the higher thickness in J-shaped profiles for the blade sections leads the performance and cogging torque of VAWT to enhance dramatically.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권1호
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pp.11-24
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2017
The present work focuses multi-objective optimization of blade sweep for a Wells turbine. The blade-sweep parameters at the mid and the tip sections are selected as design variables. The peak-torque coefficient and the corresponding efficiency are the objective functions, which are maximized. The numerical analysis has been carried out by solving 3D RANS equations based on k-w SST turbulence model. Nine design points are selected within a design space and the simulations are run. Based on the computational results, surrogate-based weighted average models are constructed and the population based multi-objective evolutionary algorithm gave Pareto optimal solutions. The peak-torque coefficient and the corresponding efficiency are enhanced, and the results are analysed using CFD simulations. Two extreme designs in the Pareto solutions show that the peak-torque-coefficient is increased by 28.28% and the corresponding efficiency is decreased by 13.5%. A detailed flow analysis shows the separation phenomena change the turbine performance.
The most important advantage of nanoparticles is the increased thermal conductivity coefficient and convection heat transfer coefficient so that, as a result of using a 1.5% volume concentration of nanoparticles, the thermal conductivity coefficient would increase by about twice. In this paper, the effects of a nanofluid ($TiO_2$/water) on heat transfer characteristics such as the thermal conductivity coefficient, heat transfer coefficient, fuel clad, and fuel center temperatures in a VVER-1000 nuclear reactor are investigated. To this end, the cell equivalent of a fuel rod and its surrounding coolant fluid were obtained in the hexagonal fuel assembly of a VVER-1000 reactor. Then, a fuel rod was simulated in the hot channel using Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation codes and thermohydraulic calculations (maximum fuel temperature, fluid outlet, Minimum Departure from Nucleate Boiling Ratio (MDNBR), etc.) were performed and compared with a VVER-1000 reactor without nanoparticles. One of the most important results of the analysis was that heat transfer and the thermal conductivity coefficient increased, and usage of the nanofluid reduced MDNBR.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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