Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.3
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pp.204-211
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2019
The analysis on two-phase flow in a Lean Direct Injection(LDI) combustor has been investigated. Linearized Instability Sheet Atomization(LISA) and Aerodynamically Progressed Taylor Analogy Breakup(APTAB) breakup models are applied to simulate the droplet breakup process in hollow-cone spray. Breakup model is validated by comparing penetration length and Sauter Mean Diameter(SMD) of the experiment and simulation. In the LDI combustor, Precessing Vortex Core(PVC) is developed by swirling flow and most droplets are atomized along the PVC. It has been confirmed that all droplets have Stokes number less than 1.0.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.33
no.8
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pp.1170-1179
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2009
The purpose of this work is to predict the low frequency aero-acoustic noise generated from the horizontal axis wind turbine, NREL Phase VI for the whole operating conditions of various wind speeds using large eddy simulation and Ffowcs-Williams and Hawkings model provided in the commercial code, FLUENT. Because there is no experimental data about wind turbine noise, we first of all compared aerodynamic performance such as shaft torque and power with experimentally measured value. Performance results show a good agreement with experimental data within about 0.8%. As the wind speed increases, the overall sound pressure level and the sound pressure level by the quadrupole and dipole source show a increasing tendency. Also, sound pressure level is proportional to $r^{-2}$ in the near field and $r^{-1}$ in the far field according to the increase of distance from the center of hub of wind turbine. According to 2 times increase of distance, sound pressure level is reduced by about 6dB.
The present study investigated the effect of relative position of the blade on blade surface heat transfer. The experiments were conducted in a low speed wind tunnel with a stationary annular turbine cascade. The test section has a single turbine stage composed of sixteen guide vanes and blades. The chord length of the blade is 150 mm and the mean tip clearance of the blade is $2.5\%$ of the blade chord. The Reynolds number based on blade inlet velocity and chord length is $1.5{\times}105$ and mean turbulence intensity is about $3\%$. To investigate the effect of relative position of blade, the blade at six different positions in a pitch was examined. For the detailed mass transfer measurements, a naphthalene sublimation technique was used. In general, complex heat transfer characteristics are observed on the blade surface due to various flow characteristics, such as a laminar flow separation, relaminarization, flow acceleration, transition to turbulence and tip leakage vortices. The results show that the blade relative position affects those heat transfer characteristics because the distributions of incoming flow velocity and turbulence intensity are changed. Especially, the heat transfer pattern on the near-tip region is significantly affected by the relative position of the blade because the effect of tip leakage vortex is strongly dependent on the blade position. On the pressure side, the effect of blade position is not so significant as on the suction side surface although the position and the size of the separation bubble are changed.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.3
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pp.287-295
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2017
The most detrimental pressure pulsations in high-head pump-turbines is caused by the rotor-stator interaction (RSI) between the guide vanes and runner blades. When the pump-turbine operates in the S-shaped region of the characteristic curves, the deteriorative flow structures may significantly strengthen RSI, causing larger pressure pulsations and stronger vibration with an increased risk of mechanical failure. CFD simulations were carried out to analyze the impacts of flow evolution on the pressure pulsations in the S-shaped region of a model pump-turbine. The results show that the reverse flow vortex structures (RFVS) at the runner inlet have regular development and transition patterns when discharge reduces from the best efficiency point (BEP). The RFVS first occur at the hub side, and then shift to the mid-span near the no-load point, which cause the strongest pressure pulsations. The locally distributed RFVS at hub side enhance the local RSI and makes the pressure fluctuations at the corresponding sections stronger than those at the rest sections along the spanwise direction. Under the condition of RFVS at the mid-span, the smaller flow rate make the smaller difference of pressure pulsation amplitudes in the spanwise direction. Moreover, the rotating stall, rotating at 35.7%-62.5% of the runner rotational frequency, make the low frequency components of pressure pulsations distribute unevenly along the circumference in the vaneless space. However, it have little influence on the distributions of high components.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.5
s.248
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pp.446-456
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2006
The effect of relative position of the stationary turbine blade for the fixed vane has been investigated on blade tip and shroud heat transfer. The local mass transfer coefficients were measured on the tip and shroud fur the blade fixed at six different positions within a pitch. A low speed stationary annular cascade with a single turbine stage was used. The chord length of the tested blade is 150 mm and the mean tip clearance of the blade having flat tip is 2.5% of the blade chord. A naphthalene sublimation technique was used for the detailed mass transfer measurements on the tip and the shroud. The inlet flow Reynolds number based on chord length and incoming flow velocity is fixed to $1.5{\times}10^5$. The results show that the incoming flow condition and heat transfer characteristics significantly change when the relative position of the blade changes. On the tip, the size of high heat/mass transfer region along the pressure side varies in the axial direction and the difference of heat transfer coefficient is up to 40% in the upstream region of the tip because the position of flow reattachment changes. On shroud, the effect of tip leakage vortex on the shroud as well as tip gap entering flow changes as the blade position changes. Thus, significantly different heat transfer patterns are observed with various blade positions and the periodic variation of heat transfer is expected with the blade rotation.
The stirred tank reactor is one of the most commonly used devices in industry for achieving mixing and reaction. Here we report on results obtained from the large eddy simulations of flow inside the tank performed using a spectral multi-domain technique. The computations were driven by specifying the impeller-induced flow at the blade tip radius. Stereoscopic PIV measurements (Hill et $al.^{(1)}$) along with the theoretical model of the impeller-induced flow (Yoon et $al.^{(2)}$) were used in defining the impeller-induced flow as superposition of circumferential, jet and tip vortex pair components. Large eddy simulation of flow in a stirred tank was carried out for the three different Reynolds numbers of 4000, 16000 and 64000. The effect of different Reynolds numbers is well observed in both instantaneous and time averaged flow fields. The instantaneous and mean vortex structures are identified by plotting an isosurfaces of swirling strength for all Reynolds numbers. The Reynolds number dependency of the nondimeansional eddy viscosity, resolve scale and subgrid scale dissipations is clearly shown in this study.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.4
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pp.1363-1375
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1996
Oil-film flow visualizations and three-dimensional flow measurements using a five-hole probe have been conducted to investigate three-dimensional flow characteristics and total pressure losses of a row of film-cooling jets injected in spanwise direction. For several span-to-diameter ratios, experiments are performed in the case of three velocity ratios of 0.5, 1.0 and 1.5. The flow measurements show that downstream flow due to the injection is characterized by a single streamwise vortex instead of a pair of counter-rotating vortices, which appear in the case of streamwise injection, and the vortex strength strongly depends on the velocity ratio. Regardless of the velocity*y ratio, presence of the spanwise film-cooling jets always produces total pressure loss, which is pronounced when the velocity ratio is large. It has also been found that the production of the total pressure loss is closely related to the secondary vortical flow. In addition, effects of the span-to-diameter ratio on the flow and total pressure loss are discussed in detail.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.9
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pp.1290-1298
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2003
The stirred tank reactor is one of the most commonly used devices in industry for achieving mixing and reaction. Here we report on results obtained from the large eddy simulations of flow inside the tank performed using a spectral multi-domain technique. The computations were driven by specifying the impeller-induced flow at the blade tip radius. Stereoscopic PlY measurements (Hill et al. $^{(1)}$) along with the theoretical model of the impeller-induced flow (Yoon et al. $^{(2)}$) were used in defining the impeller-induced flow as superposition of circumferential, jet and tip vortex pair components. Large eddy simulation of flow in a stirred tank was carried out for the three different Reynolds numbers of 4000, 16000 and 64000. The effect of different Reynolds numbers is well observed in both instantaneous and time averaged flow fields. The instantaneous and mean vortex structures are identified by plotting an isosurfaces of swirling strength for all Reynolds numbers. The Reynolds number dependency of the non-dimensional eddy viscosity, resolved scale and subgrid scale dissipations is clearly shown in this study.
Kim, Hyeon-Jun;Hong, Jung-Goo;Kim, Dae-Hee;Shin, Hyun-Dong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.9
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pp.659-668
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2008
Combustion instability has been considered as very important issue for developing gas turbine and rocket engine. There is a need for fundamental understanding of combustion instability. In this study, combustion instability was numerically and experimentally investigated in a dump combustor with bluff body. The fuel and air mixture had overall equivalence ratio of 0.9 and was injected toward dump combustor. The pressure oscillation with approximately 256Hz was experimentally obtained. For numerical simulation, the standard k-$\varepsilon$ model was used for turbulence and the hybrid combustion model (eddy dissipation model and kinetically controlled model) was applied. After calculating steady solution, unsteady calculation was performed with forcing small perturbation on initial that solution. Pressure amplitude and frequency measured by pressure sensor is nearly the same as those predicted by numerical simulation. Furthermore, it is clear that a combustion instability involving vortex shedding is affected by acoustic-vortex-combustion interaction. The phase difference between the pressure and velocity is $\pi$/2, and that between the pressure and heat release rate is in excitation range described by Rayleigh, which is obvious that combustion instability for the bluff body combustor meets thermoacoustic instability criterion.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.13
no.4
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pp.263-269
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2010
The present study deals with the investigation about the improvement of performance of tidal stream turbine blade (HAT) with tip rake. HAT impeller has sometimes experienced noise and vibration by Tip vortex which causes even erosion and severe efficiency loss to the blade, The newly proposed tip rake impeller can make the tip vortex week compared with a normal impeller by preventing the three dimensional effect at tip region. In order to find out the optimum rake impeller, three cases have been designed and the performance of the designed rake impellers has been validated by the commercial CFD code(Fluent). The efficiency of optimized rake impeller was up to 4.6% higher than the conventional impeller. The more parametric study for high efficiency and good cavitation performance is expected to be conducted in a near future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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