In this paper, wake equalizing duct (WED) form optimization was carried out using computational fluid dynamics (CFD) techniques. A WED is a ring-shaped flow vane with a foil-type cross-section fitted to a hull in front of the upper propeller area. The main advantage of a WED is the power savings resulting from the uniformity of the velocity distribution on the propeller plane, a reduction in the flow separation at the aft-body, and lift generation with a forward force component on the foil section. This paper intends to evaluate these functions and find an optimized WED form for minimizing the viscous resistance and equalizing the wake distribution. In the optimization process, the study uses four WED parameters: the angle of the section, longitudinal location, and angles of the axes for the half rings against the longitudinal and transverse planes of the ship. KRISO 300K VLCC2 (KVLCC2) is chosen as an example ship to demonstrate the WED optimization. The optimization procedure uses genetic algorithms (GAs), a gradient-based optimizer for the refinement of the solution, and Non-dominated Sorting GA-II(NSGA-II) for Multiobjective Optimization. The results show that the optimized WED can reduce the viscous resistance at the expense of the uniformity of the wake distribution.
This paper describes a numerical investigation on the performance deteriorations of a low speed, single-stage axial turbine due to use of rough blades. Numerical calculations have been carried out with a commercial CFD code, CFX-Tascflow, by using a modified wall function to implement rough surfaces on the stator vane and rotor blade. To assess the stage performance variations corresponding to 5 equivalent sand-grain roughness heights from a transition ally rough regime to a fully rough regime, stage work coefficient and total to static efficiency were chosen. Numerical results showed that both work coefficient and stage efficiency reduced as roughness height increased. Higher surface roughness induced higher blade loading both on the stator and rotor which in turn resulted in higher deviation angles and corresponding work coefficient reductions. Although, deviation angle changes were small, a simple sensitivity analysis suggested that their contributions on work coefficient reductions were substantial. Higher profile loss coefficients were predicted by higher roughness heights, especially on the suction surface of the stator and rotor. Furthermore sensitivity analysis similar to the above, suggested that additional profile loss generations due to roughness were accountable for efficiency reductions.
The optimization of frontal device including fuel nozzle and swirler is required to secure the mixing of fuel and air, and the combustion stability in the gas turbine combustor design for the reduction of pollutant emissions and the increase of combustion efficiency. The effects of injection nozzle and swirler on the flow field, spray characteristics and consequently the combustion stability, were experimentally investigated by measuring the velocity field, droplet sizes of fuel spray, lean combustion limit and the temperature field in the main combustion region. The effect of fuel injection nozzle was tested by adopting three different nozzles; a dual orifice fuel nozzle, a hollow cone nozzle and a solid cone nozzle. These tests were combined with the three different swirler geometries; a dual-stage swirler with 40$^{\circ}$ /-4 5$^{\circ}$ vanes and two single-stage swirlers with 40$^{\circ}$ vane angle having 12 and 16vanes, respectively. Flow fields and spray characteristics were measured with APV(Adaptive Phase Doppler Velocimetry) under atmospheric condition using kerosine fuel. Temperatures were measured by Pt-PtI3%Rh, R-type thermocouple which was 0.2mm thick. It was found that the dual swirler resulted in the biggest recirculation zone with the highest reverse flow velocity at the central region, which lead the most stable combustion. The various combustion characteristics were observed as a function of the combination between the injector and swirler, that gave a tip for the better design of gas turbine combustor.
The comparison of the flow characteristics between circular and swirl jets which were controlled by the spinner attachment inside the airtube were conducted in this study. Swirl jet means a flow in whirls by mixing the flow of axial and tangential direction. Swirl flow has been used for the improvement of the combustion efficiency in the combustor. This flow is controlled by the spinner which has several vanes inclined by certain angles to the axial direction. In this study, angle of vane $30^{\circ}$ and diameter ratio of outlet to inlet of the airtube 0.73 were made. These spec. should find on the general gun type burner built in the domestic small size boiler. As the flow characteristics, axial and tangential velocities were measured by using the 2-D hot-wire velocimeter system and analyzed statistically. And also this research conducted a practical experiment considering to the attached belongings likes as ignitor, nozzle etc. on the airtube of the gun type burner. As a result, swirl occurred at the occasion of beingness and flow region extended considerably toward the radial direction. But effect of swirl did not transmit to the downstream. And the complicated flow was appeared regardless of the existence of spinner because of the effect of belongings.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.309-314
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2010
Stainless steel stamping multistage pump has become the mainstream of civil multi-stage pump. Combined with the technological features of stamping and welding pump, the studies of design for hydraulic parts of pump were come out. An $L_{18}$($3^7$)orthogonal experiment was designed with seven factors and three values including blade inlet angle, impeller outer diameter, guide vane blade number, etc. 18 plans were designed. The two stage of whole flow field on stainless steel stamping multistage pump at design point for design was simulated by CFD. According to the test result and optimization design with experimental research, the trends of main parameters which affect hydraulic performance were got. After being manufactured and tested, the efficiency of the optimal model pump reaches 61.36% and the single head is more than 4.8 m. Compared with the standard efficiency of 53%, the design of the stainless steel stamping pump is successful. The result would be instructive to the design of Stainless steel stamping multistage pump designed by the impeller head maximum approach.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.143-149
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2008
A numerical study was performed for a vane of a compressor with a high-turning angle and meridional divergence. At first, the effect of the suction position was discussed. Then, the optimal suction position was applied to the cascades with the aspect ratio of 2.53 and 0.3, respectively, to get the knowledge of the effect of the endwall boundary layer removal on the secondary flow along the blade height. At last, using the critical principles of the three-dimensional separation, the topological structures of the flow patterns of the body surfaces and the separation configurations were discussed in detail. The results show that the largest reduction of the total loss can be achieved when the suction slot is near the suction side. The topological structure as well as the separation configuration varies due to boundary layer removal, which restrains the flow separation at the corner and delays or depresses the separation on the suction surface. Compared with the original cascade, the cascade with the endwall boundary layer removal has a higher blade loading along the most span. Furthermore the flow loss decreases and distributes uniformly along the span.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.3
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pp.9-17
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2019
Variable guide vanes(VGVs) that consist of link mechanisms and an actuator system are required for an aircraft gas turbine engine to adjust the incidence angle of stator vanes. In this study, we developed a VGV actuator system for three-stage VGVs with two hydraulic actuators. The requirements for the actuator system were derived by analyzing the link mechanisms and air loads, and a hydraulic power-pack was developed based on these requirements. Through a load test using the actuator test-rig and the application of synchronizing control logic with proper control gains, the actuator system could be developed and verified.
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 $0.3m^3/s$.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.5
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pp.60-69
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2013
An optimum configuration of the hybrid/dual swirl jet combustor for a micro-gas turbine was investigated experimentally. Location of pilot nozzle, angle and direction of swirler vane were varied systematically as main parameters under the conditions of constant thermal load. The results showed that the variation in locations of inner fuel nozzle and pilot burner resulted in significant change in flame shape and swirl intensity due to the changes in recirculating flow pattern and minimum flow area near burner exit, in particular, with the significant reduction of CO emission near lean-flammability limit. In addition, it was observed that the co-swirl configuration produced less CO and NOx emissions compared to the counter-swirl configuration.
A program for analyzing the transient behaviors of industrial gas turbines was developed. Each component (compressor, combustor, turbine and ducts)of gas turbine is modeled as a fully module to enhance the expandability of the program. We used object-oriented programing for this purpose. The mass and energy balance equations are solved numerically by Multivariable Newton Raphson method. The characteristic maps for the compressor and turbine were used for predicting the performance of a gas turbine engine. Combustion in the combustor is assumed to be complete combustion. PID control is used to maintain constant rotational speed and turbine exhaust temperature by the control of the fuel flow rate and the changing of the compressor inlet guide vane angle at the same time. It was confirmed that stable control of the gas turbine was possible, even for a rapid load change.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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