It is known that tip clearance flows reduce the pressure rise, flow range and efficiency of the turbomachinery. So, the clear understanding about flow fields in the tip region is needed to efficiently design the turbomachinery. The Navier-Stokes code with the proper treatment of the boundary conditions has been developed to analyze the three-dimensional steady viscous flow fields in the transonic rotating blades and a numerical study has been conducted to investigate the detail flow physics in the tip region of transonic rotor, NASA Rotor 67. The computational results in the tip region of transonic rotors show the leakage vortices, leakage flow from pressure side to suction side and their interaction with a shock. Depen ding on the operating conditions, toad distributions and the position of shock-wave on the blade surface are very different close to the blade tip of the transonic compressor rotor. The load distribution and the shock-wave position close to the blade tip had the close relationship with the starting position of leakage vortex and the direction of leakage flow.
The effect of tip clearance height on the three-dimensional flow and aerodynamic loss in the wake region of a high-turning turbine rotor cascade has been investigated with a miniature cone-type five-hole probe. Distributions of velocity magnitude, secondary velocity vectors, and total-pressure loss coefficient are presented for three tip gap-to-span ratios of h/s = 0.0, 0.5 and 1.0 percent. The result shows that with the increment of h/s, tip leakage vortex tends to be intensified and aerodynamic loss due to the leakage vortex is increased as well. In the case of h/s = 1.0 percent, aerodynamic loss in the tip-leakage flow region is found dominant in comparison with that in the passage vortex region. With increasing h/s, mass-averaged secondary loss coefficient has a greater portion in the mass-averaged total-pressure loss coefficient.
As considerable interests in noise emission from the ships have been increased, control of the propeller cavitation generating vibration and radiating noise is looming large. In general, the tip vortex cavitation is first produced in case of full scale propellers, and noise levels rise dramatically from that moment. In order to reduce induced noise from the tip vortex cavitation and hence increase the cavity inception speed, we propose the mass injection method. Water injected from the propeller tip decreases rotating speed of the tip flow, and it restrains growing the tip vortex cavity. Experimental investigations of the model tests carried out in a large cavitation tunnel show that the tip vortex cavitation is effectively controled by water injection from the propeller tip.
Experimental investigations on the comparison of developments between transient jets and evolving jet diffusion flames have been made in initial injection period. To achieve this experiment, an ignition technique using a residual flame as the ignition source is devised. High speed Schlieren visualizations, and measurements including jet tip penetration velocities and jet widths of the primary vortex are employed to examine the developing processes for several flow conditions. It is seen that the developing behaviors in the presence of flame are greatly different from those in transient jet, and thus the flow characteristics in the transient part are also modified. The discernible differences are shown to consist of the delay of the rollup of the primary vortex, the faster spreading after the rollup due to exothermic expansion, and the survival of only a primary vortex. The growth of primary vortex in the transient jet is properly explained through an impulsively started laminar vortex prior to the interaction. It is also found that the jet tip penetration velocity varies with elapsed time and an increase in Res gives rise to a higher tip penetration velocity.
스마트 무인기의 공력특성을 향상시키기 위하여 주익에는 와류생성기(vortex generator), 주익의 끝단에는 유동펜스(flow fence)를 적용하였다. 와류생성기는 SUAV의 최대양력계수와 실속각을 지연시키는 효과가 있었지만 높은 항력증가를 초래하여, 결국에는 양항비가 줄어들었다. 이를 개선하기 위하여 L-형태와 높이가 3mm와 5mm인 와류생성기를 적용하였다. 유동펜스는 나셀 틸팅각이 증가함에 따라 나셀에서 발생하는 박리에 의하여 주익성능이 감소하는 현상을 방지하기 위하여 사용하였다. 두 가지 유동제어 장치를 사용함에 따라 스마트 무인기의 공력특성들이 어떻게 변화하였는지를 정리하였다.
In this paper, high-performance and low-noise centrifugal fan used to circulate cold air inside a household refrigerator is developed by reducing the vortex flow observed near the tip of fan hub. First, the performance of the existing centrifugal fan is investigated through the experiment using a fan tester and the characteristics of detailed flow field obtained from the CFD simulation are closely examined. The strong vortex flow is observed in the vicinity of the tip of fan hub. Based on this result, new design is devised to reduce this vortex flow. As a result, it is numerically and experimentaly found that the volume flow rate of the new fan increases and the radiated noise decreases in comparison with the existing fan at the same rotation speed.
In this paper, a successful noise reduction of an axial flow fan for a refrigerator is presented. The vortex sheet generated at the blade tip of fan was suppressed by changing the shape of the tip. The structure of vortex sheet and detailed flow pattern around the fan were studied by two-dimensional LDV(Laser-Doppler Velocimetry). Effective ways to work out the result as mentioned above are to make the tip of the blade varied in thickness and to have elliptical shapes. To seek the optimal value fur the shape of new fan, several cases were examined. Through the application of the methods, the refrigerator became less noisy by 3.8 dB(A) in terms of air-borne noise produced only by the axial flow fan compared to the current one.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제3권4호
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pp.279-284
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2010
Tip clearance losses occur in every turbomachine. To estimate the losses in efficiency it is important to understand the mechanism of this secondary flow. Tip clearance losses are mainly caused by a spiral vortex formed on the suction side of the blade of a turbomachine, which induces a drag and also has an influence on the incident flow of the blades. In this paper a physical based scaling method is developed out of an analytical ansatz for the tip clearance losses. This scaling method is validated by measurements on an axial fan with five different tip clearances.
A simple model of the tip leakage flow models of the rotor downstream flow is developed, based on Lakshminarayana's theoretical concept on the tip clearance flow and the experimental data published in open literature. And new spanwise distribution models of deviation angle and pressure loss coefficient due to the tip leakage flow are formulated for use in association with the streamline curvature method as a through flow analysis. Combining these new models and previous deviation and loss models due to secondary flow, a robust streamline curvature method is established for flow analysis of single-stage, subsonic axial turbines with wide ranges of turning angle, aspect ratio and blading type. At the exit from rotor rows, the flow variables are mixed radially according to a spanwise transport equation. The proposed streamline curvature method is tested against a forced vortex type turbine as well as a free vortex type one. The results show that the spanwise variations of flow angle, axial velocity and loss coefficients at rotor exit are predicted with good accuracy, being comparable to a steady three-dimensional Navier-Stokes analysis. This simple and fast flow analysis is found to be very useful for the turbine design at the initial design phase.
This paper provides quantification of the effects of the turbulence model and grid refinement on the analysis of tip vortex flows by using the RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) method. Numerical simulations of the tip vortex flows of the NACA $66_2$-415 elliptic hydrofoil were conducted, and two turbulence models for RANS closure were tested, i.e., the Realizable $k-{\varepsilon}$ model and the Reynolds stress transport model. Numerical results were compared with available experimental data, and it was shown that the data for the Reynolds stress transport model that were computed on the finest grid system had better agreement in reproducing the development and propagation of the tip vortex. The Realizable $k-{\varepsilon}$ model overestimated the turbulence level in the vortex core and showed a diffusive behavior of the tip vortex. The tip vortex cavitation on the hydrofoil and its trajectory also showed good agreement between the current numerical results that were obtained using the Reynolds stress transport model and the results observed in the experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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