International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.352-359
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2010
In recent years, the market has shown increasing interest in pump-turbines. The prompt availability of pumped storage plants and the benefits to the power system achieved by peak lopping, providing reserve capacity, and rapid response in frequency control are providing a growing advantage. In this context, there is a need to develop pumpturbines that can reliably withstand dynamic operation modes, fast changes of discharge rate by adjusting the variable diffuser vanes, as well as fast changes from pumping to turbine operation. In the first part of the present study, various flow patterns linked to operation of a pump-turbine system are discussed. In this context, pump and turbine modes are presented separately and different load cases are shown in each operating mode. In order to create modern, competitive pump-turbine designs, this study further explains what design challenges should be considered in defining the geometry of a pump-turbine impeller. The second part of the paper describes an innovative, staggered approach to impeller development, applied to a low head pump-turbine project. The first level of the process consists of optimization strategies based on evolutionary algorithms together with 3D in-viscid flow analysis. In the next stage, the hydraulic behavior of both pump mode and turbine mode is evaluated by solving the full 3D Navier-Stokes equations in combination with a robust turbulence model. Finally, the progress in hydraulic design is demonstrated by model test results that show a significant improvement in hydraulic performance compared to an existing reference design.
Design, manufacture and calibration procedures of a venturi pipe flowmeter for airflow measurement in altitude engine test were discussed. Altitude engine test using venturi pipe was given as an example. The venturi was designed per the ISO standard of ISO5167, and was intented to include the entire airflow range in the test envelope of the gas turbine engine. Measurement uncertainty analysis was performed in the design procedure to investigate the effect of venturi geometry and sensor specification upon the measurement uncertainty. Manufacturing process was designed to minimize the deviation from the geometry of design. Calibration was performed to get the relationship between the discharge coefficient and the pipe Reynolds number. Then the uncertainty was assessed again using real data acquired during engine test. Through these procedures, it was possible to maintain the uncertainty of airflow measurement under 1 % for most of the operating envelope of the gas turbine engine. The discharge coefficient of the venturi pipe showed agreement with the value suggested in the ISO standard ISO5167-4 within 0.6 %.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.10a
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pp.190-194
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2007
The forging process design and microstructure evolution for gas turbine disk of a Waspaloy is investigated in this study. Parameters related to deformation are die and preform geometry, and forging temperature of die and workpiece. Die and preform design are considered to reduce the forging load, and to avoid the forging defects. Blocker and finisher dies for multistage forging are designed and the initial billet geometry is determined. The control of hot forging parameters such as strain, strain rate and temperature also is important because the microstructure change in hot working affects the mechanical properties. The dynamic recrystallization evolution has been studied in the temperature range 900-$1200^{\circ}C$ and strain rate range 0.01-1.0s-1 using hot compression tests. Modeling equations are required represent the flow curve, recrystallized grain size, recrystallized volume fraction by various tests. In this study, we used to thermo-viscoplastic finite element modeling equation of DEFORM-2D to predict the microstructure change evolution during thermo-mechanical processing. The microstructure is updated during the entire thermal and deformation processes in forging.
The preliminary design and performance test for determining dimensions of gas turbine combustor were investigated. The combustor design program was developed and applied to design our combustor. and detailed design for determining of swirler. dome and liner holes were performed experimentally. The swirler. which govern the combustion characteristics of combustor, was determined $40^{\circ}$ as swirl angle at first performance test. After second performance test the swirler was re-determined by 24 mm i.d.. 34 mm o.d., and swirl angle of $45^{\circ}$. The geometry of liner holes were determined by considering the flame stability and recirculation zone size. It was found that flame can be more easily stabilized by adjusting the swirier dimensions rather than liner holes. The geometry of swirler and liner holes were re-determined by final performance test with dilution holes. Also. the performance of combustor was evaluated by analysis of exhaust gases.
The working fluid from the combustor to the turbine stage of a gas turbine makes various boundary layer thickness. Since the inlet boundary layer thickness is one of the important factors that affect the turbine efficiency. It is necessary to investigate secondary flow and loss with various boundary layer thickness conditions. In the present study, the effect of various inlet boundary layer thickness on secondary flow and loss and the proper height of the boundary layer fences for various boundary layer thickness were investigated. Measurements of secondary flow velocity and total pressure loss within and downstream of the passage were taken under 5 boundary layer thickness conditions, 16, 36, 52, 69, 110mm. It was found that total pressure loss and secondary flow areas were increased with increase of thickness but they were maintained almost at the same position. At the fellowing research about the boundary layer fences, 1/6, 1/3, 1/2 of each inlet boundary layer thickness and 12mm were used as the fence heights. As a result, it was observed that the proper height of the fences was generally constant since the passage vortex remained almost at the same position. Therefore once the geometry of a cascade is decided, the location of the Passage vortex and the proper fence height are appeared to be determined at the same time. When the inlet boundary layer thickness is relatively small, the loss caused by the proper fence becomes bigger than endwall loss so that it dominates secondary loss. In these cases the proper fence hight is decided not by the cascade geometry but by the inlet boundary layer thickness as previous investigations.
Park, Hoon Cheol;Truong, Quang-Tri;Phan, Le-Quang;Ko, Jin Hwan;Lee, Kwang-Soo;Le, Tuyen Quang;Kang, Taesam
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.17
no.3
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pp.167-173
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2014
In this work, based on the blade element-momentum theory (BEMT), we proposed the geometry of a lab-scale horizontal axis tidal turbine with a diameter of 80cm, which can demonstrate the maximum power coefficient, and investigated the effect of blade pitch angle increase on the power coefficient. For validation of the computed power coefficients by the BEMT, we also computed the power coefficient using the computational fluid dynamics (CFD) for each case. For the CFD, 15 times of the turbine radius was used for the length and diameter of the computational domain, and the open boundary condition was prescribed at the boundary of the computational domain. The maximum power coefficients of the turbine acquired by the BEMT and CFD were about 48%, showing a good agreement. Both of the power coefficients computed by the BEMT and CFD tended to decrease when the blade pitch angle increases. The two power coefficients for a given tip-speed ratio were in good agreement. Through the present study, we have confirmed that we can trust the proposed geometry and the computed power coefficients based on the BEMT.
A Counter-rotating wind turbine is one of the new concepts that are proposed to increase the performance of a wind turbine. It has two rotors rotating in the same axis, and it is known that its power coefficient can reach to 0.64 in the ideal case. While the BEMT is widely used to analyze the aerodynamic performance of wind turbines, the analysis of the counter-rotating wind turbine by using it is limited due to the aerodynamic interaction between the two rotors. In this study, the vortex lattice method is used to consider the effect of the front rotor on the rear rotor of the counter-rotating wind turbine and calculate the aerodynamic performance of it. The power and thrust sharing in the two rotors of the counter-rotating wind turbine are predicted and the total power and thrust are compared with that of a single rotor. Moreover, the wake convection and expansion rate is also compared with that of a single rotor.
Ghasemi, Ahmad Reza;Jahanshir, Arezu;Tarighat, Mohammad Hassan
Wind and Structures
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v.18
no.2
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pp.103-116
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2014
Aeroelasticity is the main source of instability in structures which are subjected to aerodynamic forces. One of the major reasons of instability is the coupling of bending and torsional vibration of the flexible bodies, which is known as flutter. The presented investigation aims to study the aeroelastic stability of composite blades of wind turbine. Geometry, layup, and loading of the turbine blades made of laminated composites were calculated and evaluated. To study the flutter phenomenon of the blades, two numerical and analytical methods were selected. The finite element method (FEM), and JAR-23 standard were used to perform the numerical studies. In the analytical method, two degree freedom flutter and Lagrange's equations were employed to study the flutter phenomena analytically and estimate the flutter speed.
In the present study, two numerical methods were developed and compared for the performance prediction of the horizontal axis energy conversion turbine. The Blade Element Momentum Theory was adopted, and the rotating reference frame method for Computational Fluid Dynamics solver was also used. Hybrid meshing was used for the complex geometry of turbines. The analysis results using each method were compared to figure out a better method for the performance prediction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.4
s.247
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pp.328-336
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2006
Detailed heat transfer coefficient distributions an two. types of gas turbine blade tip, plane tip and squealer tip, were measured using a hue-detection base transient liquid crystals technique.. The heat transfer coefficients an the shroud and near tip regions of the pressure and suction sides af the blade were also. measured. The heat transfer measurements were taken at the three different tip gap clearances af 1.0%, 1.5%, and 2.5% of blade span. Results shaw the overall heat transfer coefficients on the tip and shroud with squealer tip blade were lower than those with plane tip blade. By using squealer tip, however, the reductions af heat transfer coefficients near the tip regions of the pressure and suction sides were nat remarkable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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