Effects of combustor-level high free-stream turbulence on the blade-surface heat/mass transfer have been investigated in the three-dimensional flow region near the endwall within a high-turning turbine rotor cascade passage. Free-stream turbulence intensity and integral length scale in the high turbulence case are 14.7 percents and 80 mm, respectively. The result shows that there is no considerable discrepancy in the blade heat/mass transfer near the endwall between the low and high turbulence cases. As departing from the endwall, however, the deviation between the two cases becomes larger, particularly in the region where flow separation and re-attachment occur. Under the high turbulence, flow disturbances such as boundary-layer separation and re-attachment seem to be suppressed, which makes the blade heat/mass transfer more uniform. Moreover, there are some evidences that endwall vortices tend to be weakened under the high turbulence.
In this paper, a numerical simulation of three-dimensional flow field and heat transfer coefficient distribution are conducted for two types of gas turbine blade with plane and squealer tips. The numerical results show that gas turbine blade with squealer tip considerably changes the flow structures near the tip regions of pressure and suction sides, so the overall heat transfer coefficients on the tip and shroud with squealer tip are lower than those with the plane tip blade. Finally, the effect of tip gap clearance on the flow field and heat transfer characteristics are investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.11
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pp.1552-1558
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2002
The blade leading edge is modified to control the secondary flow generated in the turbine cascade with fence by intensifying the suction side branch of the horseshoe vortex. The incompressible Navier-Stokes equations are numerically solved with a high Reynolds number k-$\varepsilon$ turbulence closure model for investigating the vortical flows in the turbine cascade. The computational results of total pressure loss coefficients in the wake region are first compared with experiments for validation. The structure and strength of the passage vortex near the suction surface are examined by testing various geometrical parameters of the turbine blade leading edge.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2007.11a
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pp.63-67
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2007
The high pressure turbopump carries out supplying the oxidizer in the liquid propulsion rocket in the combustion chamber. Because an LRE requires a very short starting time , the turbine at the turbopump experiences high torque that was produced by the high pressure and the high temperature. The purpose of this study is to evaluate a turbine blade surface temperature profiles at initial starting 0 ${\sim}$ 0.5 sec. Using $Fine^{Tm}$/turbo, three dimensional Baldwin-Lomax turbulence models are used for numerically analysis. The turbine is composed of 108 blades total, but only 7 rotors were considered because of periodic symmetry effect. Because of interaction with a bow shock on the suction surface, the boundary layer separates from suction surface at inner area of turbine blade. The averaged temperature of the turbine blade tip at 1000 rpm is higher than that of 9000 rpm. Especially at 1000 ${\sim}$ 9000 rpm, temperatures increases on the hub side of the turbine blade tip. Moreover at 9000 rpm, the temperatures from the hub to the shroud of the blade tip increase as well.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.4
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pp.571-580
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2015
In this paper, a computational study was conducted in order to investigate the rotor blade sweep effect on the aerodynamics of a small axial supersonic impulse turbine stage. For this purpose, three-dimensional unsteady RANS simulations have been performed with three different rotor blade sweep angles ($-15^{\circ}$, $0^{\circ}$, $+15^{\circ}$) and the results were compared with each other. Both NTG (No tip gap) and WTG (With tip gap) models were applied to examine the effect on tip leakage flow. As a result of the simulation, the positive sweep model ($+15^{\circ}$) showed better performance in relative flow angle, Mach number distribution, entropy rise, and tip leakage mass flow rate compared with no sweep model. With the blade static pressure distribution result, the positive sweep model showed that hub and tip loading was increased and midspan loading was reduced compared with no sweep model while the negative sweep model ($-15^{\circ}$) showed the opposite result. The positive sweep model also showed a good aerodynamic performance around the hub region compared with other models. Overall, the positive sweep angle enhanced the turbine efficiency.
In order to investigate the effects of various injection hole shapes on the film cooling of turbine blade, three test models having cylindrical and shaped holes were used. A three-dimensional Navier-Stokes code with standard k-$\epsilon$ model was used to compute the film cooling coefficient on the film cooled turbine blade. Over 330,000 grids were used to compute the flow over the blade. Mainstream Reynolds number based on the cylinder diameter was $7.1{\times}10^4$. The turbulence intensity kept at $5.0\%$ for all inlets. The effect of coolant blowing ratio was studied for various blowing ratios. For each blowing ratios, wall temperatures around the surface of test model were calculated. Temperature was visualized using cartesian cut-cell method to obtain traces of the injected secondary air on the test surface, so we could interpret the film effectiveness as temperature distributions.
Endwall losses contribute significantly to the overall losses in modern turbomachinery, especially when aerodynamic airfoil load and pressure ratio are increased. Hence, reducing the extend and intensity of the secondary flow structures helps to enhance overall efficiency. From the large range of viable approaches, a promising combination positioning and height of endwall contouring was chosen. The objective of this study is to document the three-dimensional flow in a turbine cascade in terms of streamwise vorticity, total pressure loss distribution and static pressure distribution on the endwall and blade surface and to propose an appropriate positioning and height of the endwall contouring which show best secondary, overall loss reduction among the simulated endwall. The flow through the gas turbine were numerically analyzed using three dimensional Navier-Stroke equations with a commercial CFD code ANSYS CFX-10. The result shows that the overall loss is reduced near the flat endwall rather than contoured endwall, and the case of contoured endwall installed at 30% from leading edge with height of 25% for span showed best performance.
In this study, we have introduced an improved equivalent modeling technique for large scale composite wind-turbine blade. Conventional or general equivalent modeling procedure may give critical error in the analysis results because of geometric coupling effects. For the analyses of structural vibration and aeroelastic problems, the accuracy of equivalent structural models is very important since it can have high numerical efficiency and various practical applications. Three-dimensional realistic composite wind-turbine blade model is practically considered for numerical study. In order to validate the effect of the mass and the stiffness of the equivalent beam model, comparison study based on the natural vibration analysis has been conducted, and the accuracy levels of the conventional and modified equivalent modeling techniques are presented.
Numerical simulation of viscous compressible flow in turbomachinery cascade involves many problems due to the complex geometry of blade but also flow phenomena. In the present study, numerical investigations have been performed to examine the three-dimensional flow characteristics inside the transonic linear turbine cascades using a commercial code, FLUENT. Multi-block H-type grids are applied to the high-turning turbine rotor blades and comparisons with the experimental data and the numerical results have been done. In addition, the effects of turbulence models on the prediction of the endwall flows are analyzed in the sense of the flow compressibility.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.9
s.252
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pp.913-920
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2006
Three-dimensional flow and aerodynamic loss in the tip-leakage flow region of a high-turning first-stage turbine rotor blade with a squealer tip have been measured with a straight miniature five-hole probe for the tip gap-to-chord ratio, h/c, of 2.0%. This squealer tip has a indent-to-chord ratio, $h/{st}/c$, of 5.5%. The results are compared with those for a plane tip $(h_{st}/c=0.0%)$. The squealer tip tends to reduce the mass flow through the tip gap and to suppress the development of the tip-leakage vortex. Therefore, it delivers lower aerodynamic loss in the near-tip region than the plane tip does. At the mid-span, however, the aerodynamic loss has nearly the same value for the two different tips.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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