This paper describes a new design of small-scale horizontal wind blade, called spiral wind turbine blade. Theoretical and numerical approaches on the prediction of aerodynamic performance of the blade have been conducted. A theoretical equation is successfully derived using the angular momentum equation to predict aerodynamic characteristics according to the design shape parameters of spiral blade. To be compared with the theoretical value, a numerical simulation using ANSYS CFX v12.1 is performed on the same design with the theoretical one. Large scale tip vortex is captured and graphically presented in this paper. The TSR-$C_p$ diagram shows a typical parabolic relation in which the maximum efficiency of the blade approximately 25% exists at TSR=2.5. The numerical simulation agrees well with that of the theoretical result except at the low rotational speed region of 0~20 rad/s.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제8권2호
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pp.94-101
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2015
To investigate the influence of blade profiles on cavitation behavior in impeller of centrifugal pump, a centrifugal pump with five different blade profiles impellers are studied numerically. The impellers with five different blade profiles (single arc, double arcs, triple arcs, logarithmic spiral and linear-variable angle spiral) were designed by the in-house hydraulic design code using geometric parameters of IS 150-125-125 centrifugal pump. The experiments of the centrifugal pump have been conducted to verify numerical simulation model. The numerical results show that the blade profile lines has a weak effect on cavitation inception near blade inlet edge position, however it has the key effect on the development of sheet cavitation in impeller, and also influences the distribution of sheet cavitation in impeller channels. A slight changing of blade setting angle will induce significant difference of cavitation in impeller. The sharp changing of impeller blade setting angle causes obvious cavitation region separation near the impeller inlet close to blade suction surface and much more flow loss. The centrifugal pump with blade profile of setting angle gently changing (logarithmic spiral) has the super cavitation performance, which means smaller critical cavitation number and lower vapor cavity volume fraction at the same conditions.
DCM공법(심층혼합처리 공법)은 흙막이 벽체 등 구조물 조성에 적용하였다. 이러한 DCM 벽체는 경질층에서 관입능력이 있어야 한다. DCM 장비에 부착된 교반날개에 의해 경질지반의 관입능력이 증가되는 알아보기 위해 특수교반날개가 고안되었다. 경질점토층에 관입되는 특수교반날개의 관입특성은 김해와 인천현장에서 조사하였다. 고안한 특수교반날개는 관입속도가 다소 느려도 N=30 이상 되는 지반까지 관입되었고 관입시 효율이 경질지반에서 낮아질 수 있으므로 경제적인 교반날개의 관입깊이를 분석하였다.
The purpose is to evaluate the structural characteristics of 750 mm diameter injection spiral blades under various operating conditions. A fiber-glass reinforced polypropylene material was employed to the injection blades, and mechanical tests on two kinds of glass-reinforced polypropylene were performed to evaluate the mechanical properties and to select a suitable candidate material. Also, three kinds of spiral blade geometries were studied to observe the influence of fixing rods between blades. For this, structural analyses were conducted to understand the role of fixing rods under a range of rotating speed. In addition, modal analysis was performed to confirm the resonance in the operating speed range. One-way fluid-structure interaction (FSI) analysis was carried out to know its mechanical integrity under dangerous wind speed conditions. Through this work, the structural characteristics of the proposed spiral blade geometries were studied under various operating conditions, and the requirements of mechanical properties of blades were determined.
A conical roll-shaping process was proposed for fabrication of a metallic spiral blade applied to a small-scale wind turbine system. A spiral blade has continuously different curvatures, with a range of 100 to 350 mm radius. To fabricate this complex shape, we developed a conical roll-shaping process having two main conical rollers for feeding a blank sheet, and two cylindrical side rollers for control of local bending. For clear understanding of the process parameters, numerical analyses were conducted using a commercial code, Pam-Stamp. This study optimized the effects of process parameters, such as gap and angle between the main rollers and side rollers, and also the movement of side rollers. In order to increase the forming efficiency, a central rotation point was also calculated by the analytical approach. This developed rolling process can thus be utilized in a sheet metal forming process for obtaining spirally curved sheet metal shapes.
This paper aims to develop a submerged propeller turbine for micro hydropower plant which allows to sustain high values of efficiency in a broad range of hydrological conditions (H=2~6 m, $Q=0.15{\sim}0.39m^3/s$). The two aspects to be considered in this development are mechanical simplicity and high-efficiency operation. Unlike conventional turbines that have spiral casing and gear box, this is directing driving and no spiral casing. A 10 kW class turbine which has the most high potential of the power generation has been developed. The most important element in the design of turbine is the runner blade. The initial blade is designed using inverse design method and then the runner geometry is modified by classical hydraulic method. The design process is carried out in two steps. First, the blade shape is fix and then other components of submerged propeller turbine are designed. Computational fluid dynamics analyses based on the Navier-Stokes equations have been used to obtain overall performance data for the blade and the full turbine, respectively. The results generated by performance parameters(head, guide vane opening angle and rotational speed) variations are theoretically analysed. The evaluation criteria for the blade and the turbine performances are the pressure distribution and flow's behavior on the runner blades and turbine. The results of simulation reveals an efficiency of 91.5% and power generation of 10.5kW at the best efficiency point at the head of 4m and a discharge of $0.3m^3/s$.
This paper presents a new multifunctional active guidewire system for medical applications that uses a magnetic microrobot. The study demonstrated that the proposed microrobot system could swim and be controlled under Low-Reynolds-number (Re) environments in blood vessel models. The prototype of the robotic guidewire, which is driven within a three-axis Helmholtz coil system, consists of a guide-wire, spiral blade, drilling tip, and permanent magnet. The spiral-type microrobot showed stable active locomotion between 3 kA/m and 9.1 kA/m under driving frequency up to 70 Hz in a silicone oil (of viscosity 1000 cst). The microrobot produced a maximum moving velocity of $8.08{\times}10^{-3}m/s$ at 70 Hz and 9.1 kA/m. In particular, the robotic guidewire produced 3D locomotion with drilling in the three-axis Helmholtz coil system. We verified active locomotion, towing of guidewire, steering, and drilling of the proposed robotic guidewire system through experimental analyses.
One of noticeable features in the cross flow fan is that a working fluid passes through impeller blade twice without distinction between the inlet and exit angles. Also, it does produce higher circumferential velocity than other types of blade at the same flow rate in accordance with the application of the forward curved shape. However, a design theory for the cross-flow fall has not yet been formed owing to an eccentric vortex, which is the remarkable characteristics, occurred in a cross-flow fan. Furthermore, the eccentric vortex, which is difficult to control the size and position, is the important cause of performance decrease. In this study, experiments we carried out to estimate the similarity of the cross-flow fan with various scales and rotational velocity changes. Pressure coefficients to flow coefficients with various scales of the cross-flow fan are plotted to the application of the general similarity law of the turbomachinery in the cross-flow fan with Archimedes spiral, which is the important factor having an effect on it.
The rise in pressure across the impeller blade of an axial flow fan depends on the angle of attack. At a low back pressure, the air volume will be large and the angle of attack is small. The gradual increase of the back pressure approached stall zone which is not stationary but travels blade to blade passage. In consequence, a region occurs around these blades with large vibration in the flow. To avoid these stall operation, the stall detector in the axial flow fans has been designed to detect stalling condition with a manometer or differential pressure switch by electric mechanism.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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